- Trang Chủ
- Hoá dầu
- Đồ án: Thiết kế tháp chưng cất hỗn hợp acetone và nước loại tháp đệm năng suất 1500kg/h
Xem mẫu
- Ñaïi hoïc Quoác gia Tp. Hoà Chí Minh
Tröôøng Ñaïi hoïc Baùch Khoa
Khoa Coâng ngheä Hoaù hoïc & Daàu khí
BOÄ MOÂN MAÙY & THIEÁT BÒ
ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC
Quaù Trình & Thieát Bò
THIEÁT KEÁ THAÙP CHÖNG CAÁT HOÃN HÔÏP
ACETONE – NÖÔÙC LOAÏI THAÙP ÑEÄM
NAÊNG SUAÁT : 1500 (Kg/h)
GVHD : Voõ Thò Ngoïc Töôi
SVTH : Voõ Ngoïc Tieäp
MSSV : 69902203
Lôùp : HC99HL,
Ngaønh : Coâng Ngheä Hoaù Lyù
Naêm hoïc 2002 – 2003
- ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC GVHD : Voõ Thò Ngoïc Töôi
MUÏC LUÏC
LÔØI MÔÛ ÑAÀU
CHÖÔNG1 : GIÔÙI THIEÄU CHUNG
CHÖÔNG2 : CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT
I. CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT:
1. Ñoà thò caân baèng acetone- nöôùc
2. Xaùc ñònh chæ soá hoài löu
a) Chæ soá hoài löu toái thieåu
b) Chæ soá hoái löu thích hôïp
II. CAÂN BAÈNG NAÊNG LÖÔÏNG:
1. Caân baèng naêng löôïng cho thaùp chöng caát:
2. Caân baèng nhieät löôïng cho thieát bò ngöng tuï
3. Caân baèng nhieät löôïng cho thieát bò laøm nguoäi
4. Caân baèng nhieät löôïng cho thieát bò gia nhieät
CHÖÔNG 3 : TÍNH TOAÙN THIEÁT BÒ CHÍNH
I. ÑÖÔØNG KÍNH THAÙP:
1. Ñöôøng kính ñoaïn caát:
2. Ñöôøng kính ñoaïn chöng:
II. CHIEÀU CAO THAÙP:
III. TRÔÛ LÖÏC CUÛA THAÙP:
CHÖÔNG 4 : TÍNH TOAÙN CÔ KHÍ
I. TÍNH CHIEÀU DAØY THAÂN THAÙP
II. TÍNH ÑAÙY, NAÉP THIEÁT BÒ
1. Naép
2. Ñaùy
III. TÍNH ÑÖÔØNG KÍNH VAØ BULON OÁNG DAÃN
1. OÁng daãn hôi:
2. OÁng nhaäp lieäu:
3. OÁng daãn loûng:
4. OÁng hoaøn löu:
CHÖÔNG 5 : TÍNH TOAÙN THIEÁT BÒ PHUÏ
I. THIEÁT BÒ NGÖNG TUÏ SAÛN PHAÅM ÑÆNH
II. THIEÁT BÒ GIA NHIEÄT NHAÄP LIEÄU
III. NOÀI ÑUN
IV. BÔM
CHÖÔNG 6 : TÍNH GIAÙ THAØNH THIEÁT BÒ
TAØI LIEÄU THAM KHAÛO
SVTH: Voõ Ngoïc Tieäp - Trang 2- MSSV:69902203
- ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC GVHD : Voõ Thò Ngoïc Töôi
LÔØI GIÔÙI THIEÄU
Trong thöïc teá, chuùng ta söû duïng raát nhieàu daïng hoaù chaát khaùc nhau: hoãn hôïp nhieàu
chaát hay ñôn chaát tinh khieát. Nhu caàu veà moät loaïi hoaù chaát tinh khieát cuõng raát lôùn.
Quaù trình coù theå ñaùp öùng phaàn naøo ñoä tinh khieát theo yeâu caàu laø chöng caát: laø quaù
trình taùch caùc caáu töû trong hoãn hôïp loûng – loûng, hay hoãn hôïp loûng – khí thaønh caùc
caáu töû rieâng bieät döïa vaøo ñoä bay hôi khaùc nhau cuûa chuùng.
Vaø ñoái vôùi heä acetone – nöôùc, do khoâng coù ñieåm ñaúng phí neân coù theå ñaït ñöôïc baát
kyø ñoä tinh khieát theo yeâu caàu nhôø quaù trình chöng caát.
Nhieäm vuï thieát keá: tính toaùn heä thoáng chöng luyeän lieân tuïc ñeå taùch hoãn hôïp hai caáu
töû : acetone – nöôùc vôùi caùc soá lieäu sau ñaây:
Naêng suaát saûn phaåm ñænh : 1500 Kg/h
Noàng ñoä saûn phaåm ñænh : 95% theo khoái löôïng
Noàng ñoä nhaäp lieäu : 30%
Aùp suaát laøm vieäc : aùp suaát thöôøng.
SVTH: Voõ Ngoïc Tieäp - Trang 3- MSSV:69902203
- ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC GVHD : Voõ Thò Ngoïc Töôi
CHÖÔNG 1 :GIÔÙI THIEÄU CHUNG
1. Giôùi thieäu sô boä :
Acetone coù coâng thöùc phaân töû : CH3COCH3 .Khoái löôïng phaân töû baèng 58
ñvC
Acetone laø chaát loûng soâi 56.10C, tan voâ haïn trong nöôùc, noù laø dung moâi cho
nhieàu chaát höõu cô… Noù hoaø tan toát tô axetat, nitroâ xenluloz, nhöïa phenol
focmandehyt, chaát beùo, dung moâi pha sôn, möïc in oáng ñoàng. Acetone laø nguyeân
lieäu ñeå toång hôïp thuûy tinh höõu cô.
Töø Acetone coù theå toång hôïp xeten, sumfonal (thuoác nguû), caùc halofom….
Tính chaát hoaù hoïc :
Coäng hôïp vôùi natri bisunfit:
OH
1
CH3COCH3 + NaHSO3→ CH3 - C - SO3Na
1
C H3
( 1-metyl-1-hydroxi etan sunfonaùt natri )
Coäng hôïp axit HCN
OH
1
CH3COCH3 + HCN → CH3 - C - CN
1
C H3
( pH= 4 -8 )
Phaûn öùng ngöng tuï :
OH O
1 11
CH3-CO-CH3 + HCH2C=O → CH3-C-CH2-C-CH3
1 1
C H3 C H3
( 4-oxy-4-meâtyll-2-pentanon)
Acetone khoù bò oxi hoùa bôûi thuoác thöû Pheling, Toâluen, HNO3ññ, KMnO4 ,…
Chæ bò oxi hoùa bôûi hoãn hôïp KMnO4 + H2SO4, Sunfoâcroâmic K2Cr2O7 + H2SO4…
Bò gaõy maïch cacbon.
Phaûn öùng khöû hoaù:
CH3COCH3 + H2 → CH3CHOH-CH3
Ñieàu cheá :
Oxy hoùa röôïu baäc hai:
CH3CHOH-CH3 → CH3COCH3 + H2O
Theo phöông phaùp Piria : nhieät phaân muoái canxi cuûa axit cacboxylic:
(CH3COO)2Ca → CH3COCH3 + CaCO3
Töø daãn xuaát cô magie:
SVTH: Voõ Ngoïc Tieäp - Trang 4- MSSV:69902203
- ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC GVHD : Voõ Thò Ngoïc Töôi
Br
/
CH3-C-Cl + CH3-MgBr→ CH3-C-CH3 + Mg
11 11 O O Cl
Phaûn öùng Kucheroâv:
+
CH3-C≡CH + H2O HgSO 4 → CH3-C-CH3
/ H
11
O
2. Coâng ngheä chöng caát hoãn hôïp Acetone –Nöôùc :
Ta coù Acetone laø moät chaát loûng tan voâ haïn trong nöôùc vaø nhieät ñoä soâi cuûa
Acetone ( 56.1 0C ôû 760 mmHg) vaø Nöôùc ( 100 0C ôû 760 mmHg) : laø khaù caùch xa
nhau neân phöông phaùp hieäu quaû nhaát ñeå thu ñöôïc Acetone tinh khieát laø chöng caát
phaân ñoaïn döïa vaøo ñoä bay hôi khaùc nhau cuûa caùc caáu töû trong hoãn hôïp.
Choïn loaïi thaùp chöng caát vaø phöông phaùp chöng caát :
Chöng caát laø quaù trình phaân taùch caùc hoãn hôïp loûng thaønh caùc caáu töû rieâng
bieät döïa vaøo söï khaùc nhau veà ñoä bay hôi cuûa chuùng ( hay nhieät ñoä soâi ), baèng caùch
laëp ñi laëp laïi nhieàu laàn quaù trình bay hôi – ngöng tuï, trong ñoù vaät chaát ñi töø pha
loûng vaøo pha hôi hoaëc ngöôïc laïi.
Ñoái vôùi chöng caát ta coù hai phöông phaùp thöïc hieän :
Chöng caát ñôn giaûn (duøng thieát bò hoaït ñoäng theo chu kyø):
Phöông phaùp naøy söû duïng trong caùc tröôøng hôïp sau :
Khi nhieät ñoä soâi cuûa caùc caáu töû khaùc xa nhau .
Khi khoâng ñoøi hoûi saûn phaåm coù ñoä tinh khieát cao .
Taùch hoãn hôïp loûng ra khoûi taïp chaát khoâng bay hôi .
Taùch sô boä hoãn hôïp nhieàu caáu töû .
Chöng caát lieân tuïc hoãn hôïp hai caáu töû (duøng thieát bò hoaït ñoäng lieân
tuïc): laø quaù trình ñöôïc thöïc hieän lieân tuïc, nghòch doøng, nhieàu ñoaïn.
Ngoaøi ra coøn coù thieát bò hoaït ñoäng baùn lieân tuïc .
Trong tröôøng hôïp naøy, do saûn phaåm laø Acetone – vôùi yeâu caàu coù ñoä tinh
khieát cao khi söû duïng , coäng vôùi hoãn hôïp Acetone – Nöôùc laø hoãn hôïp khoâng coù
ñieåm ñaúng phí neân choïn phöông phaùp chöng caát lieân tuïc laø hieäu quaû nhaát.
Choïn loaïi thaùp chöng caát :
Coù raát nhieàu loaïi thaùp ñöôïc söû duïng, nhöng ñeàu coù chung moät yeâu caàu cô baûn laø
dieän tích beà maët tieáp xuùc pha phaûi lôùn, ñieàu naøy phuï thuoäc vaøo ñoä phaân taùn cuûa
moät löu chaát naøy vaøo löu chaát kia .
Ta khaûo saùt hai loaïi thaùp chöng caát thöôøng duøng laø thaùp maâm vaø thaùp cheâm:
Thaùp maâm goàm thaân thaùp hình truï, thaúng ñöùng, phía trong coù gaén
caùc maâm coù caáu taïo khaùc nhau, treân ñoù pha loûng vaø pha hôi ñöôïc cho tieáp xuùc vôùi
nhau.
Goàm coù : maâm choùp, maâm xuyeân loã , maâm van. Thöôøng söû duïng maâm choùp .
Thaùp cheâm laø moät thaùp hình truï, goàm nhieàu ñoaïn noái vôùi nhau baèng
maët bích hay haøn . Vaät cheâm ñöôïc ñoå ñaày trong thaùp theo moät hay hai phöông phaùp
: xeáp ngaãu nhieân hay xeáp thöù töï .
SVTH: Voõ Ngoïc Tieäp - Trang 5- MSSV:69902203
- ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC GVHD : Voõ Thò Ngoïc Töôi
Choïn loaïi thaùp ñeäm ñeå thöïc hieän quaù trình chöng caát vì nhöõng öu
ñieåm sau:
Caáu taïo ñôn giaûn
Trôû löïc thaáp
Tuy nhieân thaùp ñeäm cuõng coù nhöôïc ñieåm laø:
Hieäu suaát thaáp
Ñoä oån ñònh keùm.
Thuyeát minh quy trình coâng ngheä:
Hoãn hôïp Aceton – nöôùc coù noàng ñoä Aceton 30% (theo soá mol), nhieät ñoä
khoaûng 270C taïi boàn chöùa nguyeân lieäu (1), ñöôïc bôm qua thieát bò gia nhieät ( trao
ñoåi nhieät vôùi saûn phaåm ñaùy)(5). Sau ñoù ñöôïc ñöa ñeán thieát bò ñun noùng nhaäp lieäu(6)
baèng hôi nöôùc baõo hoøa, ôû ñaùy nhaäp lieäu ñöôïc ñöa ñeán nhieät ñoä soâi vaø ñöôïc ñöa vaøo
thaùp chöng caát(11). Trong thaùp, hôi ñi töø döôùi leân gaëp chaát loûng töø treân xuoáng. ÔÛ
ñaây coù söï tieáp xuùc vaø trao ñoåi nhieät giöõa hai pha vôùi nhau. Pha loûng chuyeån ñoäng
trong phaàn chöng caøng xuoáng döôùi caøng giaûm noàng ñoä caáu töû deã bay hôi vì ñaõ bò
noài ñun loâi cuoán caùc caáu töû. Nhieät ñoä caøng leân treân caøng thaáp , neân khi hôi ñi töø
döôùi leân thì caáu töû coù nhieät ñoä soâi cao laø nöôùc seõ ngöng tuï laïi, cuoái cuøng treân ñænh
thaùp ta thu ñöôïc hoãn hôïp coù caáu töû Aceton chieám nhieàu nhaát ( 95% theo phaàn
mol ). Hôi naøy ñi vaøo thieát bò ngöng tuï(14 ). Moät phaàn loûng ngöng ñöôïc hoài löu veà
thaùp, moät phaàn chaát loûng ngöng ñi qua thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñænh (17 ). Moät
phaàn caáu töû coù nhieät ñoä soâi thaáp ñöôïc boác hôi, coøn laïi caáu töû coù nhieät ñoä soâi cao
trong chaát loûng ngaøy caøng taêng. Cuoái cuøng, ôû ñaøy thaùp ta thu ñöôïc hoån hôïp loûng
goàm haàu heát caáu töû khoù bay hôi (nöôùc). Hoãn hôïp loûng ôû ñaùy coù noàng ñoä Aceton laø
3% theo phaàn mol, coøn laïi laø nöôùc. Dung dòch loûng ôû ñaùy thaùp ñöôïc ñun taïi noài ñun
(12 ) ,boác hôi cung caáp laïi cho thaùp ñeå tieáp tuïc laøm vieäc, phaàn coøn laïi trao ñoåi nhieät
vôùi nhaâïp lieäu.
Heä thoáng laøm vieäc lieân tuïc cho ra saûn phaåm ñænh laø Aceton, saûn phaåm ñaùy
sau khi trao ñoåi nhieät vôùi nhaäp lieäu ñöôïc thaûi boû.
SVTH: Voõ Ngoïc Tieäp - Trang 6- MSSV:69902203
- ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC GVHD : Voõ Thò Ngoïc Töôi
Sô ñoà quy trình coâng ngheä chöng caát hoãn hôïp Aceton – nöôùc:
14
15
16
11
9
10
9
17
7 15
7 12
6
8 13
5
1 2 8
18
4
20 19
3
SVTH: Voõ Ngoïc Tieäp - Trang 7- MSSV:69902203
- ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC GVHD : Voõ Thò Ngoïc Töôi
CHÖÔNG 2 : CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT
I. Caân baèng vaät chaát:
Soá lieäu ban ñaàu: Naêng suaát 1500kg/h
Noàng ñoä dung dòch ñaàu: xF = 30% mol
Noàng ñoä ñænh: xD = 95% mol
Noàng ñoä dung dòch ñaùy: xW = 3% mol
−
Caùc kyù hieäu: F , F :löôïng nhaäp lieäu ban ñaàu (kmol/h), (kg/h)
−
D, D : löôïng saûn phaåm ñænh (kmol/h), (kg/h)
−
W, W : löôïng saûn phaåm ñaùy (kmol/h), kg/h)
xF: noàng ñoä mol acetone trong nhaäp lieäu
xD: noàng ñoä mol acetone trong saûn phaåm ñænh
xW: noàng ñoä mol cuûa acetone trong saûn phaåm ñaùy
Phöông trình caân baèng vaät chaát:
F=D+W (1)
F xF = D xD + W xW (2)
Tính khoái löôïng trung bình:
MtbF =xF M1 + (1-xF) M2 =0,3x58+(1-0,3)18=30kg/kmol
MtbD =xD M1 + (1-xD) M2 =0,95x58+(1-0,95)18=56kg/kmol
MtbW =xW M1+ (1-xW) M2 =0,03x58+(1-0,03)18=19,2kg/kmol
Suaát löôïng saûn phaåm ñænh:
−
D 1500
D= = = 26,786 (kmol/h)
M tbD 56
F = 26,786 + W
Töø (1) vaø (2) ta coù:
F * 0,3 = 26,786 * 0,95 + W * 0,03
F = 91,27kmol / h
Giaûi heä phöông trình treân ta ñöôïc:
W = 64,485kmol / h
_
F = 2738.13(Kg / h)
hay _
W = 1238.12(Kg / h)
1. Ñoà thò caân baèng acetone- nöôùc:
Thaønh phaàn caân baèng loûng (x)- hôi (y) tính baèng phaàn % mol vaø nhieät ñoä soâi
cuûa hoãn hôïp 2 caáu töû ôû 760 mmHg
x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
y 0 60, 72 80, 82, 84, 85, 86, 88, 90, 94, 100
3 3 7 2 5 9 2 4 3
t 100 77, 69, 64, 62, 61, 60, 59, 59 58, 57, 56,
9
SVTH: Voõ Ngoïc Tieäp 6 5 6 -6
Trang 7
8- 8 2 5 9
MSSV:69902203
- ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC GVHD : Voõ Thò Ngoïc Töôi
Veõ ñoà thò y-x:
Ñoà thò caân baèng aceyone- nöôùc
100
80
Thaønh phaàn pha hôi
60
40
20
0
0 20 40 60 80 100
Thaønh phaàn pha loûng
Ñoà thò T- xy
Ñoà thò T-xy
T
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
xy
SVTH: Voõ Ngoïc Tieäp - Trang 9- MSSV:69902203
- ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC GVHD : Voõ Thò Ngoïc Töôi
2. Xaùc ñònh chæ soá hoài löu thích hôïp:
a) Chæ soá hoái löu toái thieåu:
Ñöôøng caân baèng veõ theo soá lieäu thöïc nghieäm coù khoaûng loõm neân ñeå xaùc
ñònh Rm, töø A(0,95;0,95) veõ AB tieáp xuùc ñöôøng caân baèng caét truïc tung taïi ñieåm coù
xD = → Rm = 0,462
tung ñoä goùc laø 0,65. Ta co ù: Rm= 0,65
Rm + 1
Rm
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
b) Chæ soá hoài löu thích hôïp:
Cho caùc giaù trò Rxi > Rxmin ñeå tìm caùc giaù trò tung ñoä Bi töông öùng vaø veõ caùc
ñöôøng noàng ñoä laøm vieäc cuûa ñoaïn luyeän öùng vôùi caùc giaù trò Bi ñoù :
xD
Bi = Rx + 1
i
Tìm caùc ñieåm a ( y= x= xD ), b( y= x= xW ) vaø ñöôøng x = xF ( song song vôùi
truïc tung ). Cöù moãi giaù trò Bi ta veõ ñöôïc ñöôøng noàng ñoä laøm vieäc cuûa ñoaïn luyeän vaø
ñoaïn chöng .
Nhö vaäy öùng vôùi moãi giaù trò Rxi ta coù soá ñôn vò chuyeån khoái chung töông öùng
laø mxi.
Ta coù baûng sau :
Rxi Bi mx mx(Rxi+1)
0.600 0.594 11.139 7.2834
0.785 0.532 8.595 7.5321
0.878 0.506 5.934 6.0881
0.970 0.482 5.94 6.7318
1.063 0.460 6.313 7.7737
1.155 0.441 5.928 8.0018
SVTH: Voõ Ngoïc Tieäp - Trang 10- MSSV:69902203
- ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC GVHD : Voõ Thò Ngoïc Töôi
Theå tích thaùp laø V = f * H
f : tieát dieän thaùp, m2
H : chieàu cao laøm vieäc cuûa thaùp, m
Ta bieát tieát dieän cuûa thaùp tæ leä thuaän vôùi löôïng hôi ñi trong thaùp, maø löôïng
hôi laïi tæ leä thuaän vôùi löôïng loûng hoài löu trong thaùp, nhö vaäy tieát dieän thaùp tæ leä vôùi
löôïng hoài löu .
Töùc laø f ∼ ( Rx + 1 ) * GD
Trong moät ñieàu kieän laøm vieäc nhaát ñònh thì GD laø khoâng ñoåi,
neân f ∼ ( Rx + 1).
Coøn chieàu cao thaùp tæ leä vôùi soá ñôn vò chuyeån khoái H ∼ mx , neân cuoái cuøng ta
coù theå vieát V = f*H ∼ mx ( Rx + 1)
Töø ñoù ta seõ laäp ñöôïc söï phuï thuoäc giöõa Rx _ mx * ( Rx + 1 ) . Moái quan heä
naøy seõ cho ta tìm ñöôïc moät giaù trò Rx maø theå tích cuûa thieát bò chöng caát öùng vôùi noù
laø toái öu Rxth .
Veõ ñoà thò quan heä giöõa (mx i *(Rxi + 1) _ Rxi ) ñeå tìm Rxth .
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 0.5 1 1.5
Ñöôøng laøm vieäc :
R xD
Phöông trình ñöôøng laøm vieäc cuûa phaàn caát : y= x+ = 0.474x +0.5
R +1 R +1
R+f f −1
Phöông trình ñöôøng laøm vieäc cuûa phaàn chöng : y= x- xW
R +1 R +1
F 91.271
f= =
D 26.786
⇒y= 2.267x -0.038
II. Caân baèng naêng löôïng:
1. Caân baèng nhieät löôïng cho thaùp chöng caát:
Phöông trình caân baèng naêng löôïng :
QF+QD2+QR=Qy+QW+QXq2+QNg2
• Nhieät löôïng do hoån hôïp ñaàu mang vaøo QF(J/h)
_
QF= F CFtF
SVTH: Voõ Ngoïc Tieäp - Trang 11- MSSV:69902203
- ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC GVHD : Voõ Thò Ngoïc Töôi
Trong ñoù:
_
F = 2783.13(Kg/h)
tF = 62.5OC (Nhieät ñoä ñi vaøo cuûa hoån hôïp ñaàu : ôû traïng thaùi loûng soâi)
CF : Nhieät dung rieâng:
tF = 62.5OC CNöôùc = 4188.265(J/Kg.ñoä)
CAcetone = 2313.125(J/Kg.ñoä)
_ _
CF = X F x CAcetone + (1 - X F ) x CNöôùc
= 0.58 x 2313.125 + (1 – 0.58) x 4188.265
= 3100.684 (J/Kg.ñoä)
⇒ QF = 2738.13 x 3100.684 x 62.5 = 0.53 x 109 (J/h)
= 147.395(kW)
• Nhieät löôïng do hôi ñoát mang vaøo thaùp QD2(J/h)
QD2 = D2λ2 = D2(r2 + C2θ2)
Duøng hôi nöôùc ôû As 2at , r2 = 2208 (kJ/Kg) , tO = 119.6OC
T2,C2 : tO vaø Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc ngöng (J/Kg.ñoä)
• Nhieät löôïng do löu löôïng loûng hoài löu mang veà:
QR = QR x CR x tR
Trong ñoù:
CR = CD : Nhieät dung rieâng cuûa saûn phaåm ñænh
tDO = 57.5OC CAceton = 2296.875 (J/Kg.ñoä)
CNöôùc = 4188.125 (J/Kg.ñoä)
_ _
CD = CR = x D x CAceton + (1 - x D) x CNöôùc
= 0.984 x 2296.875 + (1 - 0.984) x 4188.125
= 2327.135 (J/KG.ñoä)
_
GR = D x R = 1500 x 0.9 = 1350 (Kg/h)
tR = tD = 57.5OC.
⇒ QR = 1.806 x 108 (J/h) = 50.18(kW)
• Nhieät löôïng do hôi mang ra ôû ñænh thaùp Qy :
_
Qy = D (1 +R) x λD
Trong ñoù:
λD : Nhieät löôïng rieâng cuûa hôi ôû ñænh thaùp
_ _
λD = λAcetone x y D + λNöôùc x (1 - y D)
_
y D = 0.984
λAcetone = rAcetone + tD x CAcetone
λNöôùc = rNöôùc + tD x CNöôùc
ôû tD = 57.5OC
rAcetone = 523.35 (kJ/Kg)
rNöôùc = 2426.77 (kJ/Kg)
⇒ λNöôùc = 2667.59 x 103 (J/Kg)
λAcetone = 655.42 x 103 (J/Kg)
⇒ λD = 687.614 (kJ/Kg)
SVTH: Voõ Ngoïc Tieäp - Trang 12- MSSV:69902203
- ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC GVHD : Voõ Thò Ngoïc Töôi
⇒ Qy = 1.96 x 109 (J/h) = 544.361 (kW)
• Nhieät löôïng do saûn phaåm ñaùy mang ra QW:
_ _
Trong ñoù : W = 1238.12 (Kg/h) , x W = 0.091
tW = 85OC ⇒ CAcetone = 2386.25 (J/Kg.ñoä)
CNöôùc = 4200 (J/Kg.ñoä)
⇒CW = 4034.054 (J/Kg.ñoä)
⇒ QW = 0.424 x 109 (J/Kg) = 117.93 (kW)
• Nhieät löôïng toån thaát toûa ra moâi tröôøng xung quanh QXq2:
QXq2 = 5% x QD2
Vaäy : Löôïng hôi ñoát caàn thieát ñeå ñun soâi dung dòch ôû ñaùy thaùp:
QD2 - QXq2 = Qy + QW – QF - QR
Qy + Qw − QF − QR
⇒ D2 =
0.95x r2
= 797.57 (Kg/h)
2. Caân baèng nhieät löôïng cho thieát bò ngöng tuï:
Ngöng tuï hoaøn toaøn :
_
D (1 +R) x rD = Gnl x Cn x (t2 – t1)
Trong ñoù :
t1,t2: Nhieät ñoä vaøo vaø ra cuûa nöôùc laøm laïnh
Choïn nhieät ñoä vaøo vaø ra cuûa nöôùc laøm laïnh laø: t1 = 27OC
t2 = 40OC
_ t1 + t 2
⇒ t 1,2 = = 33.5OC ⇒ rAcetone = 521.46 (kJ/Kg)
2
rNöôùc = 2425.60 (kJ/Kg)
_ _
⇒ rD = x D x rAcetone + (1 - x D) x CNöôùc
= 551.93 x 103 (J/Kg)
Suaát löôïng nöôùc caàn tieâu toán:
_
D x(R + 1)x r D 1500 x (0.9 + 1) x551.963x1000
⇒ Gnl = = 4180.94 x(40 − 27)
= 28940.87 (Kg/h)
Cn x(t 2 − t1)
3. Caân baèng nhieät löôïng cuûa thieát bò laøm laïnh:
Phöông trình caân baèng naêng löôïng :
_
D (rD + CD x (t1’-t2’)) = Gn3 x Cn x (t2-t1)
t1’= 57.5OC Nhieät ñoä vaøo cuûa saûn phaåm ñænh.
t2’= 30OC Nhieät ñoä ra cuûa saûn phaåm ñænh.
O
t1 = 27 C Nhieät ñoä vaøo cuûa nöôùc laøm laïnh.
O
t2 = 40 C Nhieät ñoä ra cuûa nöôùc laøm laïnh.
O
ttb = 33.5 C Nhieät ñoä trung bình cuûa nöôùc laøm laïnh.
Cn = 4176.625 (J/Kg.ñoä) ôû 33.5OC
SVTH: Voõ Ngoïc Tieäp - Trang 13- MSSV:69902203
- ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC GVHD : Voõ Thò Ngoïc Töôi
57.5 + 30
CAcetone =2252.19(J/Kg.ñoä) ôû t = = 43.75OC
2
Cn = 4177.625 (J/Kg.ñoä) ôû t=43.75OC
CD = 2283( J / Kg.do)
⇒
r D = 563168( J / Kg.do)
Löôïng nöôùc caàn duøng :
_
D x(r D + C D (t1 '− t 2 ' ))
Gn3 = = 17292.684(Kg/h)
C n x(t 2 − t1)
4. Caân baèng naêng löôïng cho thieát bò gia nhieät (taän duïng nhieät saûn phaåm ñaùy):
Duøng nhieät saûn phaåm ñaùy ñeå gia nhieät cho nhaäp lieäu.
Choïn nhieät ñoä ra cuûa saûn phaåm ñaùy laø 450C
Qw = Gw.Cw.(85-45) = 0.344x4034.05x(85-45) = 55508.825(W)
Giaû söû nhieät ñoä maát maùt ra moâi tröôøng laø 40%
⇒ Qw’ = 95%.Qw = 46131 (W)
Nhieät ñoä ra cuûa nhaäp lieäu laø :
Qw ' 55508 .528
QF = Qw’ = GF.CF.(t-27) ⇒ t = + 27 = + 27 = 41.13 0 C
G F .C F 0.76x3100.684
SVTH: Voõ Ngoïc Tieäp - Trang 14- MSSV:69902203
- ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC GVHD : Voõ Thò Ngoïc Töôi
CHÖÔNG 3 : TÍNH TOAÙN THIEÁT BÒ CHÍNH
I. Ñöôøng kính thaùp:
4.Vtb
Ñöôøng kính thaùp ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc: D=
Π.3600.ω tb
Trong ñoù: Vtb löôïng hôi trung bình ñi trong thaùp(m3/h)
ω tb toác ñoä hôi trung bình ñi trong thaùp(m/s)
Vì löôïng hôi vaø löôïng loûng thay ñoåi theo chieàu cao thaùp vaø khaùc nhau trong
moãi ñoaïn neân ta phaûi tính ñöôøng kính trung bình rieâng cho töøng ñoaïn: chöng vaø caát.
1. Ñöôøng kính ñoaïn caát:
x F + x D 0.3 + 0.95
Noàng ñoä trung bình cuûa pha loûng: x’m= = = 0.625
2 2
Noàng ñoä trung bình cuûa pha hôi theo phöông trình ñöôøng laøm vieäc:
y’m=0.474x’m+0.5=0.796
Nhieät ñoä trung bình cuûa pha loûng, pha hôi theo giaûn ñoà T-x
x’m=0.625 → t’x=590C
y’m=0.796 → t’y=650C
Khoái löôïng mol trung bình, khoái löôïng rieâng cuûa pha hôi:
M’m=y’m.Ma+(1-y’m).Mn=49.84(kg/kmol)
M m ' .T0
ρy' = '
= 1.797( kg / m 3 )
22.4T y
Khoái löôïng rieâng cuûa pha loûng:
−
x’m=0.625 → x m ' = 0.843 phaàn khoái löôïng
ρ a ' = 747.1kg / m 3
t x=59 C →
’ 0
'
ρ n = 983.45kg / m 3
Löôïng hôi trung bình ñi trong ñoaïn caát:
g d + g1
gtb=
2
* gd : löôïng hôi ra cuûa saûn phaåm ñænh
−
gd=GR+GD= D (Rx+1)=2850kg/h
* g1: löôïng hôi ñi vaøo ñoaïn caát:
g1=G1+GD=G1+GD=G1+1500
Löôïng hôi g1, haøm löôïng y1, löôïng loûng G1 ñöôïc xaùc ñònh theo:
SVTH: Voõ Ngoïc Tieäp - Trang 15- MSSV:69902203
- ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC GVHD : Voõ Thò Ngoïc Töôi
−
g1 = G1 + D
− −
−
g1 y1 = G1 x1 + D x D (x1= x F )
g r = g r
11 d d
r1=ray1+(1-y1)rn
− −
rd=ra y D + (1 − y D )rn
ra = 516.285( kj / kg)
Taïi tF=62.50C
rn = 2249.882( kj / kg)
ra = 521.257( kj / kg)
Taïi tD=57.50C
rn = 2425.466( kj / kg)
g1 = 2107.83( kg / h)
y = 0.867
1
Giaûi heä treân ta ñöôïc:
r1 = 745.99( kj / kg)
G 1 = 607.83( kg / h)
g d + g1
Do ñoù: gtb= = 2478.915(kg / h)
2
Vaän toác hôi ñi trong thaùp:
ω ' 2 .σ .ρ 0.16
0.25
ρ ytb
0.125
Lg
s d ytb µx
= A − 1.75 G x
g.Vd .ρ xtb
3 µ Gy ρ
n xtb
'
ω s :Toác ñoä baét ñaàu taïo nhuõ töông(m/s); σ d :Beà maët rieâng cuûa ñeäm(m2/
m3);Vd:Theå tích töï do cuûa ñeäm(m3/m3); g: Gia toác troïng tröôøng(m/s2); Gx,Gy: Löôïng
loûng vaø löôïng hôi trung bình(kg/h); ρ xtb , ρ ytb :Khoái löôïng trung bình cuûa loûng vaø cuûa
hôi(kg/m3); µ x , µ n :Ñoä nhôùt cuûa pha loûng ôû nhieät ñoä trung bình vaø ñoä nhôùt cuûa nöôùc
ôû 200C(Ns/m2)
A = 0.125
ρytb = 1.797 (Kg/m3)
sxtb = 776.39 (Kg/m3)
Choïn ñeäm voøng Raschig baèng söù, kích thöôùc 25 x 25 x 3 (mm)
δd = 195( m 2 / m3)
3 3
Caùc thoâng soá ñeäm: Vd = 0.75( m / m )
ρ = 600(Kg/ 3)
d m
tx’ = 59 µx = 0.2316 x 103 (Ns/m2)
Gx = 607.83 (Kg/h) = 0.169 (Kg/s)
Gy = 2478.915 (Kg/h) = 0.689 (Kg/s)
ρn = 1000 (Kg/m3)
2 ' x165x1.797 0.2316 x −3 0.16 1/ 4 1/ 8
ws 10 0.169 1.797
Lg x = 0.125 − 1.75x 0.689 x 776.39
9.81x 0.76x 776.39
1000
⇒ ws’ = 6.11 (m/s)
SVTH: Voõ Ngoïc Tieäp - Trang 16- MSSV:69902203
- ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC GVHD : Voõ Thò Ngoïc Töôi
Choïn toác ñoä laøm vieäc w = 0.85.ws’=5.19 (m/s)
Ñöôøng kính ñoaïn caát:
4xVtb
Dcaát =
πx3600 xw tb
Löôïng hôi trung bình ñi trong thaùp:
Vtb (m3/h) = gtb (Kg/h) x ρytb (Kg/m3)
= 2478.915 x 1.797 = 1379.47 (m3/h)
4x1379.47
⇒ Dcaát = = 0.3 (m).
πx3600 x5.76
2. Ñöôøng kính ñoaïn chöng:
Noàng ñoä trung bình pha loûng:
xF + xW 0.3 + 0.03
xm” = = = 0.165
2 2
Noàng ñoä trung bình pha hôi theo phöông trình ñöôøng laøm vieäc:
ym” = 2.267 x xm” - 0.038 = 0.336
Nhieät ñoä trung bình cuûa pha loûng, pha hôi töø giaûn ñoà Txy:
xm” = 0.165 tx” = 65OC
ym” = 0.336 ty” = 88OC
Khoái löôïng mol trung bình vaø khoái löôïng rieâng pha hôi:
Mm” = ym” x Macetone + (1 – ym”) x Mnöôùc
= 0.336 x 58 + (1 – 0.336) x 18 = 31.44 (Kg/mol)
M m " xT0 31.44 x 273
y” = 22.4xT " = 22.4 x(88 + 273) = 1.061 (Kg/m3)
y
Khoái löôïng rieâng pha loûng:
_
xm” = 0.165 x m " = 0.389
ρ acetone " = 739.25(Kg / m 3 )
tx” = 65 C O
ρ nuoc " = 980.25(Kg / m 3 )
_ _
1 xm" (1 − x m " )
"
= "
+ "
⇒ ρx” = 869.93 (Kg/m3)
ρx ρ acetone ρ nuoc
Löôïng hôi trung bình ñi trong ñoaïn chöng:
g n '+ g1 '
gtb’ = (Kg/h)
2
Trong ñoù:
g1’: löôïng hôi ñi vaøo ñoaïn chöng
gn’: löôïng hôi ra khoûi ñoaïn chöng
Vì löôïng hôi ra khoûi ñoaïn chöng baèng löôïng hôi ñi vaøo ñoaïn luyeän neân
gn’ = g1
g1 + g1 '
Hay gtb’ =
2
Löôïng hôi ñi vaøo ñoaïn chöng g1’ ,löôïng hôi loûng G1’ vaø haøm löôïng loûng x1’
ñöôïc xaùc ñònh theo phöông trình caân baèng vaø caân baèng naêng löôïng:
SVTH: Voõ Ngoïc Tieäp - Trang 17- MSSV:69902203
- ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC GVHD : Voõ Thò Ngoïc Töôi
_
G 1 ' = g1 '+ W
_ _ _
G 1 '.x 1 ' = g1 ' .y w + W . x w
g '.r ' = g '.r ' = g .r
1 1 n n 1 1
_
W = 1238.12( Kg / h)
_
xw = 0.03 x w = 0.091
yw = 0.4 (phaàn mol) döïa vaøo ñöôøng caân baèng
_
y w = 0.754 (phaàn khoái löôïng)
g1. r1 = 1572413.4
_ _
r1’ = ra . y w + (1 - y w).rb
Taïi ñaùy thaùp:
ra = 501.893(KJ / Kg)
tw = 85OC
rb = 2361.355(KJ / Kg)
r1’= 501.893 x 0.754 + (1 – 0.754) x 2361.355 = 959.32 (kJ/Kg)
1572413.4
g1’ = = 1639.09 (Kg/h)
959.32
G1’ = 1639.69 + 1238.12 = 2877.21 (Kg/h)
1639.69 x 0.754 + 1238.12 x 0.091
x1’ = = 0.469
2877.21
⇒ Löôïng hôi trung bình ñi trong ñoaïn chöng:
1639.09 + 2107.83
gtb’ = = 1873.46(Kg / h)
2
Vaän toác hôi ñi trong thaùp:
Lg
2
0.16
0.2225x 10−3
1/ 4 1/ 8
ws ' x195x1.061 = 0.125 − 1.75x
0.799 1.061
x x
9.81x 0.753 x869.93
1000
0.52 869.93
tx” = 65 µx” = 0.2225 x 103 (Ns/m2)
Gx = 2877.21 (Kg/h) = 0.799 (Kg/s)
Gy = 1837.46 (Kg/h) = .052 (Kg/s)
⇒ ws’ = 6.22
wtb’ = 0.85 x ws’ = 5.29 (m/s)
4xVtb 4 x1765.75
D = = = 0.344 (m)
πx3600 xw tb πx3600 x5.29
Vtb = 1873.46 x 1.061 = 1765.75 (m3/h)
⇒ Choïn ñöôøng kính : D = 400 (mm).
II. Chieàu cao thaùp:
* Chieàu cao cuûa thaùp ñeäm (toaøn thaùp):
H = N1 x htñ + (0.8 ÷ 1) (m)
SVTH: Voõ Ngoïc Tieäp - Trang 18- MSSV:69902203
- ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC GVHD : Voõ Thò Ngoïc Töôi
Trong ñoù: N1: Soá ñóa lyù thuyeát
0.8 ÷ 1 : Khoaûng caùch cho pheùp ôû ñænh vaø ñaùy thaùp (m)
htñ: Chieàu cao töông ñöông cuûa baäc thay ñoåi noàng ñoä, coù theå tính
theo caùc coâng thöùc sau:
Gx
a d e f log
ρ y xw y Gy ρ µ mG y
htñ = K x
x δñb x Vñc x
G
x x x x x
Gy
µy x
ρy
µy
1− m
Gx
Trong ñoù: K : heä soá
a,b,c,d,e,f: caùc soá muõ,tìm baèng thöïc nghieäm
ρx,ρy : Khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha loûng vaø pha hôi
(Kg/m3)
µx,µy : Ñoä nhôùt trung bình cuûa pha loûng vaø pha hôi (Ns/m2)
(khoái löôïng rieâng, ñoä nhôùt laáy theo nhieät ñoä trung
bình)
Gx,Gy: Löôïng loûng vaø löôïng hôi trung bình ñi trong thaùp
m : heä soá goùc caân baèng y= f(x) vôùi maët phaúng ngang (Kg/h)
Ta coù : K = 176.4 d = 0.342
a = 0.2 e = 0.19
b = -1.2 f = 0.038
c =1
G1 + G1 ' 607.83 + 2877.21
Gx = = = 1742.52 (Kg/s)
2 2
g +g ' 2850 + 1639.09
Gy = d 1 = = 2244.545 (Kg/h)
2 2
ρ '+ρ " 776.39 + 869.93
ρx = x x = = 823.16 (Kg/m3)
2 2
ρ y '+ ρ y " 1797 + 869.93
ρy = = = 1.429 (Kg/m3)
2 2
δñ = 195 (m2/m3)
Vñ = 0.75 (m3/m3)
ws '+ ws " ( 6.11 + 6.22) x0.85
wy = = = 5.24 (m/s)
2 2
t '+ t " 59 + 65
tOtb loûng = x x = = 62OC
2 2
t y '+ t y " 65 + 88
tOtb hôi = = = 76.5OC
2 2
lg µhh = x1 x lg µ1 + x2 x lg µ2
Trong ñoù: µ1,µ2:ñoä nhôùt ñoäng löïc cuûa caùc caáu töû thaønh phaàn
x1,x2: noàng ñoä phaàn mol cuûa caùc caáu töû trong hoån hôïp
t x = 62OC µ1(Acetone) = 0.227.103 (Ns/m2), x1 = 0.03
O
µ2(Nöôùc) = 0.4578.103 (Ns/m2), x2 = 0.97
⇒lg µx = 0.03 lg 0.227.10-3 + 0.97 lg 0.4578.10-3 = -3.348
SVTH: Voõ Ngoïc Tieäp - Trang 19- MSSV:69902203
- ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC GVHD : Voõ Thò Ngoïc Töôi
⇒ µx = 0.4483.10-3 (Ns/m2)
tOy = 76.5OC µ1 = 0.2053.10-3 (Ns/m2), x1 = 0.95
µ2 = 0.3766.10-3 (Ns/m2), x2 = 0.05
⇒ lg µy = 0.95 x lg 0.2053.10-3 + 0.05 lg 0.3766.10-3 = -3.6744
⇒ µy = 0.2116.10-3 (Ns/m2)
0.2
1.429 x5.24
⇒ htñ = 176.4 x −3 x 195-1.2 x 0.751 x
0.2116.10
0.038 lg
1742.52
0.342 0.19
2244 .545 823.16 0.2116.10 −3
x x
0.4483.10 −3 x 3.83x2244.545 = 1.1996 (m)
1742.52 1.429 2244.545
1 − 3.83
1742.52
⇒ H = N1 x htñ + (0.8 ÷1) ≈ 8 (m)
* Chieàu cao laøm vieäc cuûa thaùp:
H’ = hñv x mx (m)
hñv : chieàu cao cuûa moät ñon vò chuyeån khoái (m)
mx: soá ñôn vò chuyeån khoái xaùc ñònh theo noàng ñoä pha loûng
x2 dx
mx = ∫ = 5.9
x1 x − xcb
mG y
hñv = h1 + h2
Gx
Trong ñoù: h1 : chieàu cao cuûa 1 ñôn vò chuyeån khoái ñoái vôùi pha hôi
h2 : chieàu cao cuûa 1 ñôn vò chuyeån khoái ñoái vôùi pha loûng
dV 0.25 2/3
h1 = aψδ . Re y . Pry (m )
d
2/ 3
µ
h2 = 256. x
ρ
. Re 0.25 . Prx .5 (m )
x
0
x
a: heä soá phuï thuoäc vaøo daïng ñeäm : ñeäm voøng a = 0.123
µx : ñoä nhôùt pha loûng (Ns/m2) ( µx = 0.4483.10-9 (Ns/m2)
Vñ : theå tích töï do cuûa ñeäm (Vñ = 0.75 (m2/m3))
ρx: Khoái löôïng rieâng pha loûng (ρx = 823.16 Kg/m3)
ψ :heä soá thaám öôùt cuûa ñeäm ,noù phuï thuoäc vaøo tyû soá giöõa maät ñoä
töôùi thöïc teá leân tieát dieän ngang cuûa theùp vaø maät ñoä töôùi thích hôïp, xaùc ñònh baèng ñoà
thò (H.IX 16,[5])
Vx
Ut = F ; maät ñoä töôùi thöïc teá (m3/m2h)
t
Uth = B.δñ ; maät ñoä töôùi thích hôïp (m3/m2.h)
B = 0.065 (m3/m.h) ( Baûng IX.6,[5])
ÔÛ ñaây : Vx :löu löôïng theå tích chaát loûng (m3/h)
Gx 1742.52(Kg / h)
Vx = ρ = = 2.1176 (m3/h)
x 823.16( kg / m 3 )
Ft : dieän tích maët caét thaùp (m2)
π 2 π
Ft = D = x0.4 = 0.125 (m2)
2
4 4
SVTH: Voõ Ngoïc Tieäp - Trang 20- MSSV:69902203
nguon tai.lieu . vn
