Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Chương 2: TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THIẾT BỊ

Chương 2: TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THIẾT BỊ

Tải bản đầy đủ - 0trang

GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa

G1:lượng lỏng đĩa thứ nhất đoạn luyện

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

r1: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất đoạn luyện

r1= ra .y1 + (1-y1).rb

rđ= ra .y1 + (1-yđ).rb

ra, rb: ẩn nhiệt hóa hơi của rượu metylic và nước.

yđ = aP = 0,90 phần khối lượng.

*Tính r1: hỗn hợp đầu vào tháp ở 88oC nên ta phải tính ra, rb ở 88oC.

(Theo bảng I.212, trg 254, [1]) ta có:

Ơ 60oC



ra1 = 265 kcal/kg

rb1 =579 kcal/kg



Ở 100oC



ra2 = 242 kcal/kg

rb2 = 539 kcal/kg



=>



∆ra = ra 2 − ra1 = −23 kcal/kg

∆rb = rb 2 − rb1 = −40 kcal/kg

∆t = t 2 − t1 = 100 − 60 = 40 o C



=>



∆ra

23

=−

= −0,575 kcal/kg.độ

∆b

40

∆rb

40

=−

= −1 kcal/kg.độ

∆t

40



Theo phương pháp nội suy ta tính ra, rb ở 88oC:



Vậy



ra88 = ra60 +



∆ra

.(88 − 60) = 265 − 0,575.28 = 248,9 kcal/kg

∆t



rb88 = rb60 +



∆rb

.(88 − 60) = 579 − 28 = 551 kcal/kg

∆t



r1 = ra.y1 +(1-y1).rb = 248,9.y1 + (1-y1).551

= 551 – 302,1.y1



*Tính rđ: hơi đi ra khỏi đỉnh tháp ở nhiệt độ 67oC, tương tự như trên:

ra67 = ra60 +



∆ra

(67 − 60) = 265 − 0,575.7 = 260,975 kcal/kg

∆t



SVTH: Đinh Hoàng Thảo

16



GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa

rb67 = rb60 +

Vậy



∆rb

(67 − 60) = 579 − 7 = 572 kcal/kg

∆t



rđ = ra.yđ + (1- yđ).rb = 260,975.0,90 +(1-0,90).572

= 292,078 kcal/kg



 g1 = G1 + 344,83

 g . y = G .0,15 + 344,83.0,90

 1 1

1

Vậy ta có hệ phương trình : 

 g1 .r1 = 1111,73.292,078 = 324711,875



r1 = 551 − 302,1. y1

 y1 = 0,475( phan _ khoi _ luong )

r = 407,61kcal / kg

1

Giải hệ ta được : 

 g1 = 796,626kg / h



G1 = 451,796kg / h



-Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện:

gtb =



g d + g1 1111,73 + 796,626

=

= 954,178kg / h

2

2



-Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện:

Gtb =



GR + G1 GP .R X + G1 344,83.2,224 + 451,796

=

=

= 609,35kg / h

2

2

2



-Thành phần hơi cân bằng đi trên đoạn luyện:

ytb =



y d + y1 0,90 + 0,475

=

= 0,6875 phần khối lượng

2

2



=0,553 phần mol

-Phân tử lượng trung bình của hỗn hợp hơi:

M tb = ytb.MA +(1- ytb).MB = 0,553.32 + (1-0,553).18 = 25,742 đvC



2.Tốc độ hơi trung bình đi trong đoạn luyện:

(ρyωy)tb = 0,065ϕ[σ] . h.ρ xtb .ρ ytb , kg/m2. (Công thức IX.105, trg 184, [2]).

ρxtb, ρytb: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi tính theo nhiệt độ

trung bình, kg/m3.

h: khoảng cách các đĩa trong tháp,m,với giá trị h được chọn theo đường kính tháp.

ϕ[σ] : hệ số tính đến sức căng bề mặt.



SVTH: Đinh Hồng Thảo

17



GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa

*Tính ϕ[σ] ở nhiệt độ trung bình:

Nhiệt độ trung bình trong đoạn luyện:

ttb =



t F + t P 88 + 67

=

= 77,5 o C

2

2



(Theo bảng I.242, trg 300, [1]) ta có sức căng bề mặt của rượu và nước:

Ơ 60oC:



σa1 = 19,3.103 N/m = 19,3 dyn/cm (metylic)

σb1 = 66,2 dyn/cm (nước)



Ơ 80oC:



σa2 = 17,6 dyn/cm (metylic)

σb2 = 62,6 dyn/cm (nước)



=>



∆σ a = σ a 2 − σ a1 = −1,7 dyn/cm

∆σ b = σ b 2 − σ b1 = −3,6 dyn/cm

∆t = t2 − t1 = 80 − 60 = 200 C



=>



∆σ a

1,7

=−

= −0,085 dyn/cm.độ

∆t

20

∆σ b

3,6

=−

= −0,18

∆t

20



dyn/cm.độ



Bằng phương pháp nội suy ta tính được sức căng bề mặt của metylic và nước ở

77,5oC:

σa77,5 = σa160 +



∆σ a

(77,5 − 60) = 19,3 - 0,085(77,5 -60) = 17,81 dyn/cm

∆t



σb77,5 = σb160 +



∆σ b

(77,5 − 60) = 66,2 − 0,18(77,5 − 60) = 63,05 dyn/cm

∆t



Sức căng bề mặt của hỗn hợp:



1



σhh

=>



σ hh =



=



1



σa



+



1



σb



(công thức I.76, trg 299, [1])



σ a .σ b

=13,9 dyn/cm

σ a +σ b



Ta thấy σhh < 20 dyn/cm nên chọn ϕ[σ] = 0,8.

*Tính khối lượng riêng trung bình:

Khối lượng riêng của metylic và nước: (Theo bảng I.2, trg 9, [1])



SVTH: Đinh Hoàng Thảo

18



GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa

-



-











600C:



800C:



ρa1 = 756 kg/m3



(metylic)



ρb1 = 983 kg/m3



(nước)



ρa2



= 736 kg/m3



(metylic)



ρb2 = 972 kg/m3



(nước)



∆ρ a = ρ a 2 − ρ a1 = −20 kg/m3



=>



∆ρ b = ρ b 2 − ρ b1 = −11



kg/m3



∆t = 80 − 60 = 200 C



∆ρa

20

=−

= −1 kg/m3.độ

∆t

20



=>



∆ρb

11

=−

= −0,55 kg/m3.độ

∆t

20



Theo phương pháp nội suy, tính khối lượng riêng của metylic và nước ở 77,5oC:

ρa



77 , 5



ρb



77 , 25



∆ρ a

(77,5 − 60) = 756 − 17,5 = 738,5 kg/m3

∆t

∆ρb

( 77,5 − 60) = 983 − 0,55.17,5 = 973,375 kg/m3

+

∆t



= ρ a1 +

60



= ρb



60



Khối lượng riêng của hỗn hợp (công thức I.2, trg 5, [1]):

1

x

x

= a + b

ρ hh ρ a ρ b



Với xa, xb: nồng độ phần khối lượng của các cấu tử trong hỗn hợp

xa =



0,90 + 0,15

= 0,525 phần khối lương

2



=>



xb = 1-xa = 0,475 phần khối lượng



=>



1

= 1,1989.10 −3

ρ hh



ρhh = 834,1026 kg/m3

ρxTB = ρhh =834,1026 kg/m3

Khối lượng riêng của pha hơi: (công thức I.3, trg 5, [1]):

ρyTB =



M 273. p

.

22,4 T . p0



, p = p0 = 1



SVTH: Đinh Hoàng Thảo

19



GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa

ρ yTB =



25,742

273

.

= 0,8951

22,4 273 + 77,5



kg/m3



Vậy tốc độ trung bình của hơi trong tháp:

( ρ y ω y ) tb = 0,065.0,8. h.834,1026.0,8951 = 1,4208 h kg/m2.s



Đường kính đoạn luyện:

D = 0,0188.



954,178

1,4208. h



Chọn h = 0,35 (m) = >



=



0,4872

4



h



D = 0,63 m



2.2. Đường kính đoạn chưng:

1. Lượng hơi trung bình trong đoạn chưng g’ tb: có thể xem gần đúng bằng

trung bình cộng lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng g’ n và lưọng hơi đi vào đoạn chưng

g’1:

g’tb =



g 'n + g '1

, kg/h (Công thức IX.96, trg 183, [2]).

2



Vì lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện nên

g’n = g1 = 796,626 kg/h

Luợng hơi đi vào đọan chưng g’1, luợng lỏng G’1 và hàm lượng lỏng x’1 được xác

định theo hệ phương trình cho ở trang 182, Sổ tay QTTB tập 2:



G '1 = g '1 +Gw (1)





( 2)

G '1.x '1 = g '1. yw + Gw .xw



( 3)



g '1.r '1 = g 'n .r 'n = g1.r1

Trong đó r’1: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn

chưng, được tính theo công thức:

r’1= ra.y’1 + (1-y’1).rb

Với y’1 = 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 x W=

0,017 ta có yW= 0,09 phần mol ứng với phần khối lượng:

y’1=



0,09.32

= 0,15 phần khối lượng.

0,09.32 + 0,91.18



SVTH: Đinh Hoàng Thảo

20



GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa

Theo đồ thị đường cong sôi (H.2) ta có sản phẩm đáy có nhiệt độ sơi là 97 oC, theo

các số liệu ∆ra , ∆rb , ∆t , ra1 , rb1 đã có ở phần tính tốn đường kính đoạn luyện ta có:



=>



ra97 = ra60 +



∆ra

(97 − 60) = 265 − 0,575.37 = 243,725

∆t



rb97 = rb60 +



∆rb

(97 − 60) = 579 − 37 = 542 kcal/kg

∆t



kcal/kg



r’1 = ra97.y’1 + (1-y’1).rb97

= 243,725.0,15 + (1-0,15).542 = 497,2588 kcal/kg



Thay r’1, g1, r1 vào (3):

g’1.497,2588 = 796,626.407,61

=>



g’1= 653,0055 kg/h



Thay vào (1):

G’1 = 653,0055 + 2155,17 = 2808,1755 kg/h

Thay vào (2):

2808,1755.x’1= 653,0055.0,09 + 2155,17.0,017

=>



x’1



= 0,034 phần khối lượng



Vậy lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng:

g’tb =



g ' n + g '1 796,626 + 653,0055

=

= 724,8158kg / h

2

2



Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn chưng:

G’tb =



G1 + G '1 451,796 + 2808,1755

=

= 1629,9858kg / h

2

2



Thành phần hơi trung bình đi trong đoạn chưng:

y’tb = y '1 + y ' n

2



Với y’n là hàm lượng trên đĩa trên cùng đoạn chưng xem bằng hàm lượng hơi đĩa

thứ nhất đoạn luyện y’n = y1 = 0,475 phần khối lượng = 0,3373 phần mol

=>



y’tb =



0,09 + 0,3373

= 0,2136 phần mol

2



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



SVTH: Đinh Hoàng Thảo

21



GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa

M ' hh = y’tb.MA + (1-y’tb).MB



=0,2136.32 + 0,7864.18 = 20,99 đvC

2. Tốc độ hơi trung bình trong đoạn chưng

(ρ’yω’y)tb=0,065ϕ[σ]. h.ρ 'xtb .ρ ' ytb ; kg/m2.s (Công thức IX.105, trg 184, [2].

ρ’xtb, ρ’ytb: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi tính theo nhiệt độ

trung bình, kg/m3.

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

ϕ[σ]: hệ số tính đến sức căng bề mặt.

*Tính ϕ[σ] ở nhiệt độ trung bình đoạn chưng ttb =



t F + t w 88 + 97

=

= 92,5 o C :

2

2



Tra sức căng bề mặt của metylic và nước (bảng I.242, trg 300, [1], ta có :

σa180



= 17,6 dyn/cm , σa2100



σb180



= 62,6 dyn/cm , σb2100 = 58,9 dyn/cm



= 15,7 dyn/cm



Tính tương tự như phần luyện:

σa



92 , 5



= σ a1 +



∆σ a

(92,5 − 80) = 17,6 − 0,095.12,5 = 16,4125dyn / cm

∆t



σb



92 , 5



= σ b1 +



∆σ b

(92,5 − 80) = 62,6 − 0,185.12,5 = 60,2875dyn / cm

∆t



80



80



Sức căng bề mặt của hỗn hợp:

1

1

1

σ a .σ b

=

+

= > σ hh =

σ hh σ a σ b

σa +σb



σhh = 12,9 dyn/cm

*Tính khối lượng riêng trung bình pha lỏng:

Tra khối lượng riêng của metylic và nước (bảng I.2, trg 9, [1]) ta được:

ρa180 = 736 kg/m3 , ρa2100 = 714 kg/m3

ρb180 = 972 kg/m3 , ρb2100 = 958 kg/m3

Bằng phương pháp nội suy ta có:

ρa



92 , 5



= ρ a1 +

80



∆ρ a

(92,5 − 80) = 736 − 1,1.12,5 = 722,25kg / m 3

∆t



SVTH: Đinh Hoàng Thảo

22



GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa

ρb



92 , 5



= ρ b1 +

80



∆ρ b

(92,5 − 80) = 972 − 0,7.12,5 = 963,25kg / m 3

∆t



Khối lượng riêng của hỗn hợp:

1

x

x

= a + b

ρ hh ρ a ρ b



xa, xb: phần khối lượng trung bình của metylic và nước trong hỗn hợp

xa =

=>



x F + xw 0,15 + 0,03

=

= 0,09 , xb = 1- xa = 0,91 phần khối luợng

2

2



ρhh = 935,1659 kg/m3 = ρxt



Khối lượng riêng của pha hơi:

ρ ytb =



M ' hh

273

.

= 0,7 kg / m 3

22,4 273 + 92,5



Vậy tốc độ trung bình của hơi trong đoạn chưng:

( ρ ' y ω ' y ) tb = 0,065.0,8 h.935,1659.0,7 = 1,33 h



Đường kính đoạn chưng:

D = 0,0188.

D=



0,44

4

h



g 'tb

724,8158

= 0,0188

( ρ ' y ω ' y ) tb

1,33. h



,m



Chọn h = 0,22 m = > D = 0,64 m.



SVTH: Đinh Hoàng Thảo

23



GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa



Chương 3: CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG

Gọi QD1 là nhiệt lượng do hơi nưóc cung cấp để đun sôi hỗn hợp đầu.

Qf là nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào thiết bị đun sôi hỗn hợp.

QF là nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra khỏi thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu.

Qm là nhiệt lượng do mất mát.

Qy là nhiệt lượng do hơi mang ra khỏi tháp chưng

QR là nhiệt lượng do lượng hồi lưu mang vào tháp.

Qh là nhiệt lượng do hơi mang ra khỏi thiết bi ngưng tụ hồi lưu.

QD2 là nhiệt lượng do hơi đốt đun sôi ở đáy tháp mang vào.

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

QD1 + Qf = QF + Qm



(8)



1. Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào QD1:

QD1 = D1.r1 (Công thức IX.150, trg 196, [2])

D1: lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi hỗn hợp đầu, kg/h.

r1: ẩn nhiệt hóa hơi của hơi nước, J/kg.

Vì nhiệt độ sơi của hỗn hợp đầu là 880C nên nhiệt độ của hơi nưóc phải cao, chọn

109,360C tương ứng với nước sơi ở áp suất 1,5 at (bảng I.97, trg 230, [1]). Theo tốn

đồ xác định nhiệt hóa hơi trang 255, [2] ta có nhiệt hóa hơi của nước ở 109.36 0C là

r1 = 532,92 Kcal/kg = 2231,2 KJ/kg.

2. Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu Qf:

Qf = F.Cf .tf (J/h). (Công thức I X.151, trg 196, [2].

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

tf: nhiệt độ đầu của hỗn hợp, xét ở 250C.

Ta có:



Cf = aA.CA + (1-aA).CB



aA: nồng độ phần khối lượng trong hỗn hợp đầu, aA = 0,15

CA, CB: nhiệt dung riêng của metylic và nước ở 250C .

*Nhiệt dung riêng của metylic ở 25oC:

Nhiệt dung riêng của metylic theo nhiệt độ: (Tra bảng I.154, trg 172, [1]



SVTH: Đinh Hoàng Thảo

24



GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa

CA20 = 2570 J/kg.độ , CA40 = 2670 J/kg. độ

= > Nhiệt dung riêng của metylic ở 250C là:

40



25

A



C



= C



20

A



20



C − CA

+ A

(25 − 20) = 2570 + 5.5 = 2595 J / kgdo

40 − 20



*Nhiệt dung riêng của nước ở 25oC:

Ta có nhiệt dung riêng của nước ở 250C là CB25 = 0,99892 kcal/kg.độ = 4182,3

J/kg.độ (Tra bảng I.147, trg 165, [1]).

Vậy



Cf = 0,15.2595 + (1-0,15).4182,3 = 3944.21 J/kg.độ

Qf = 2500.3944,21.25 = 246513,1 kJ/h



3. Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra khỏi thiết bị đun sôi QF:

QF = F.CF . tF , J/h (Công thúc IX.152, trg 196, [2].

Với



CF: nhiệt dung riêng hỗn hợp đi ra thiết bị đun sơi.

tF = 880C



Ta có :



CF = aF.CA + (1-aF).CB

CA ,CB :nhiệt dung riêng của metylic và nước ở 88oC.



Tra bảng nhiệt dung riêng và theo phương pháp nội suy ta có:

Nhiệt dung riêng của metylic ở 88oC:

100



CA88 = CA80 +



80



CA − CA

2965 − 2860

(88 − 80) = 2860 +

.8 = 2902 J / kgdo

100 − 80

20



Nhiệt dung riêng của nước ở 88oC:

CB88 = 1,00457 kcal/kg.độ = 4205,93 J/kg.độ

=>



CF = 0,15.2902 + 0,85.4205,93 = 4010,34 J/kg.độ

Vậy



QF = 2500.4010,34.88 = 882274,8 kJ/h .



4. Nhiệt lượng tổn hao ra môi trường xung quanh Qm:

Qm = 0,05.QD1

Thay vào (*):

QD1 + Qf = QF + 0,05.QD1



SVTH: Đinh Hoàng Thảo

25



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Chương 2: TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THIẾT BỊ

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×