Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
2 Xác định số đĩa của tháp

2 Xác định số đĩa của tháp

Tải bản đầy đủ - 0trang

GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa



Hình 1: Đồ thị đường cong cân bằng của hỗn hợp rượu Metylic và nước.



SVTH: Đinh Hoàng Thảo

10



GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa



Hình 2: Đồ thị biểu diễn đường cong sôi

Theo đồ thị đường cân bằng ta xác định được y *F = 0,4 phần mol là nồng độ cấu tử

dễ bay hơi trong pha hơi cân bằng với pha lỏng trong hỗn hợp đầu ứng giá trị xF =

0,09.

Theo đồ thị đường cong sôi ta xác định được nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu t sF =88oC,

của sản phẩm đỉnh tsD = 67oC, của sản phẩm đáy tsW= 97oC.

a(%khối lượng)



x(phần mol)



y(phần mol)



Kmol/h



aF = 15



xF = 0,09



yF = 0,4



129,8



88



aD = 90



xD = 0,83



yD = 0,93



11,65



67



aw = 3



xw =0,017



yw = 0,09



118,14



97



Nhiệt độ sơi



Chỉ số hồi lưu thích hợp: ROPT

Rx = β.Rmin (Công thức IX.25, trg 158, [2])

β: hệ số hiệu chỉnh; β = (1,2 ÷ 2,5)



SVTH: Đinh Hồng Thảo

11



GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa

Rmin: chỉ số hồi lưư tối thiểu

Suy ra chỉ số hồi lưu tối thiểu là:

xP − y * F



Rxmin =



y * F − xF



(Công thức IX.24, trg 158, [2])



0,83 − 0,4

= 1,39

0,4 − 0,09



Rmin =



Để xác định số đĩa lý thuyết của tháp bằng cách dựa vào phương trình đường nồng

độ làm việc của đoạn luyện và đoạn chưng.

Phương trình làm việc của đoạn luyện

y=



R .x + x (Cơng thức IX.20, trg 144, [2])

R +1

R +1

D



th



th



th



Phương trình làm việc của đoạn chưng:

X=



R +1

L+ R

th



.y +



th



Với: L =



L −1



L+ R



.(Công thức IX.22, trg 158, [2])



th



F 129,8

= 1,7

=

D 11,65



Mà: ROPT = β.Rmin. Đặt B =



x



D



Rx + 1



ứng với mổi giá trị của β sẽ là một đĩa lý thuyết



N ở bảng sau

β

ROPT

N

N(R+1)

B



1,2

1,668

10

26,68

0,311



1,4

1,946

8,5

25,041

0,282



1,6

2,224

7,1

22,809

0,257



1,8

2,502

6,5

23,763

0,237



2,1

2,919

6,2

24,299

0,212



2,3

3,197

6

25,182

0,198



2,5

3,475

5,7

25,507

0,185



Lập biểu đồ biểu diển sự phụ thuộc N(R+1) và R . Điểm cực tiểu của giá trị N(R+1)

ứng với R thích hợp nhất là Rth= 2,224.

Tương ứng với Rth =2,224 thì số đĩa lý thuyết của tháp là 7,1 (đĩa) 3,6 đoạn luyện,

3,5 đoạn chưng.



SVTH: Đinh Hoàng Thảo

12



GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa

2. Xác định số đĩa thực tế:

Số đĩa thực tế được xác định theo công thức:

Ntt =



N lt

(Công thức IX.59, trg 170, [2])

ηtb



Với µ tb là hiệu suất trung bình của thiết bị, là hàm của độ bay hơi tương đối α và

độ nhớt µ của hỗn hợp µ = f(α,η).

α=

Độ nhớt:



y 1− x

.

(Công thức IX.61, trg 171, [2])

1− y x



lgµhh = n.lgµ1 + (1-n)lgµ2



n là nồng độ cấu tử thứ nhất

n -1 là nồng độ cấu tử thứ hai

µ1, µ2 là độ nhớt hai cấu tử.

(Độ nhớt của rượu mêtylic theo nhiệt độ được tra ở bảng dùng cho toán đồ h.I.18,

trg 93, [2], độ nhớt của nước theo nhiệt độ được tra ở bảng I.102, trg 94, [2]).

η= ηtb =



1

.( η1 + η2 + η3 ) (Công thức IX.60, trg 171, [2])

3



Với η1 là hiệu suất ứng với đĩa trên cùng

η2 là hiệu suất ứng với đĩa tiếp liệu

η3 là hiệu suất ứng với đĩa cuối cùng

-



Ứng với đĩa tiếp liệu:

Độ bay hơi:

αF =



yF 1 − xF

0,4 1 − 0,09

.

=

.

= 6,741

1 − yF xF

1 − 0,4 0,09



Độ nhớt:



với tSF = 88oC

lgµF = xF lg µ CH 3OH + (1 − xF ). lg µ H 2 O

= 0,09.lg0,2521 + (1 - 0,09).lg0,3239 = -0,4994



=>



µF



= 0,3167 (Cp)



SVTH: Đinh Hồng Thảo

13



GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa

Tích µF.αF = 0,323.5,156 = 1,665. Tra đồ thị hình IX.11, trg 171, [2] ta được hiệu

suất của đĩa tiếp liệu η2 = 44 %.

-



Ứng với đĩa trên cùng:

Độ bay hơi:

αD =

Độ nhớt:



=>



y D 1 − xD

0,93 1 − 0,83

.

=

.

= 2,72

1 − yD xD

1 − 0,93 0,83



với tSD = 67oC

lgµD = xD lg µ CH 3OH + (1 − x D ). lg µ H 2O

= 0,83.lg0,3174 + (1 - 0,83).lg0,4233 = -0,4173

µD

= 0,3333 (Cp)



Tích µD.αD = 0,3333 . 2,72 = 0,24. Tra đồ thị hình IX.11, trg 171, [2], ta được

hiệu suất của đĩa trên cùng η1 = 71%.

-



Ứng với đĩa cuối cùng:

Độ bay hơi:

αW =

Độ nhớt:



=>



yw 1 − xw

0,09 1 − 0,017

.

=

.

= 5,72

1 − y w xw

1 − 0,09 0,017



với tSW = 97oC

lgµW = xw lg µ CH 3OH + (1 − xw ). lg µ H 2 O

= 0,017.lg0,23 + (1 - 0,017).lg0,293 = -0,5349

µW

= 0,292 (Cp)



Tích µD.αD = 0,292 . 5,72 = 1,69. Tra đồ thị hình IX.11, trg 171, [2], ta được hiệu

suất của đĩa trên cùng η3 = 42%.

Vậy hiệu suất trung bình:

ηtb =



1

1

(η1 + η2 + η3) = (71 + 42 + 40) = 51(%)

3

3



Số đĩa thực tế là:

Ntt =



N lt 7,1

= .100 = 13,9

η tb 51



Vậy thực tế phải chọn 13,9 đĩa, trong đó số đĩa đoạn chưng là 6,9 đĩa và số đĩa đoạn

luyện là 7 đĩa.

(yF , yP , yW được xác định từ đồ thị đường cân bằng hình 1)



SVTH: Đinh Hồng Thảo

14



GVHD: Ths. Bùi Tấn

Nghĩa



Chương 2: TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THIẾT BỊ

Đường kính tháp: (công thức IX.89, trg 181, [2])

4.Vtb

π .3600.ωtb



D=

Hoặc



D = 0,0188.



,m



g tb

( ρ y .ω y )tb



,m



Trong đó: Vtb - lượng hơi trung bình đi trong tháp, m3/h

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

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

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

2.1. Đường kính đoạn luyện:

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

trung bình cộng lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp g đ và lượng hơi đi vào

dưới cùng g1 của đoạn luyện:

gtb =



g d + g1

, kg/h

2



Trong đó, gđ = GR +GP = GP(RX+1) (công thức IX.92, trg 181, [2]).

Với



GR: lượng lỏng hồi lưu, kg/h

GP: lượng sản phẩm đỉnh, kg/h

RX: chỉ số hồi lưu



=>



gđ = 344,83.(2,224+1) = 1111,73 kg/h



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

cho ở trang 182 Sổ tay QTTB tập 2:

 g1 = G1 + GP



 g1. y1 = G1.x1 + GP .xP

 g .r = g .r

d d

 1 1



Trong đó x1 = aF = 0,15 (phần khối lượng)

xP = aP = 0,90 (phần khối lượng)



SVTH: Đinh Hoàng Thảo

15



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 cơng 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



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

2 Xác định số đĩa của tháp

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×