Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
3 Sơ đồ qui trình công nghệ và thuyết minh qui trình công nghệ:

3 Sơ đồ qui trình công nghệ và thuyết minh qui trình công nghệ:

Tải bản đầy đủ - 0trang

trình truyền khối. Pha lỏng di chuyển trong tháp càng xuống dưới nồng độ cấu tử dễ

bay hơi càng giảm do bị pha hơi hơi tạo ra từ nồi đun đi từ phía dưới lên lơi cuốn .

Nhiệt độ trong tháp giảm dần từ trên xuống dưới, do đó khi đi từ dưới lên trên nhiệt

độ giảm làm cho cấu tử khó bay hơi như nước ngưng tụ, cuối cùng trên đỉnh tháp thu

được hộp hợp có nồng độ Acetone cao (có nồng độ 99% theo phần trăm mol). Hơi này

đi vào thiết bị ngưng tụ () và được ngưng tụ về trạng thái lỏng sôi. Một phần chất lỏng

ngưng đi qua thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh (), được làm nguội đến 30 0C , rồi được

đưa qua bồn chứa sản phẩm đỉnh (). Phần còn lại của chất lỏng ngưng được hồi lưu về

tháp ở đĩa trên cùng với tỷ số hồn lưu thích hợp. Một phần cấu tử có nhiệt độ sơi thấp

được bốc hơi, còn lại cấu tử có nhiệt độ sơi cao trong chất lỏng ngày càng tăng . Cuối

cùng, ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng gồm hầu hết là cấu tử khó bay hơi (nước).

Hỗn hợp lỏng ở đáy có nồng độ Acetone là 2% theo phần mol, còn lại là nước. Dung

dịch lỏng ở đáy đi ra khỏi tháp, một phần dược đun, bốc hơi ở nồi đun () cung cấp lại

cho tháp để tiếp tục làm việc, phần còn lại được làm nguội đến ( 0C) bằng thiết bị tận

dụng nhiệt đáy tháp ().

Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là Acetone, sản phẩm đáy sau

khi trao đổi nhiệt với nhập liệu được thải bỏ.



CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG VẬT CHẤT

2.1 Cân bằng vật chất:

2.1.1



Các số liệu ban đầu:



Năng suất nhập liệu: 150 Kmol/h

Đại lượng



Nồng độ sản

phẩm đỉnh



Nồng độ

sản phẩm đáy



Nồng độ

nhập liệu



Ký hiệu

Phần mol



xD

0,99



xW

0,02



xF

0,3



Thiết bị hoạt động liên tục.

2.1.2



Xác đỉnh xuất lượng sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy:



Phương trình cân bằng vật chất cho toàn bộ tháp chưng:

�F  D  W



�F �xF  D �xD  W �xW



Ta có:

Lưu lượng

nhập liệu



Lưu lượng sản

phẩm đáy



Lưu lượng sản

phẩm đỉnh



F

kmol/h



W

kmol/h



D

kmol/h



Ta có (1) và (2) ta có hệ phương trình:

�F  D  W



�F �x F  D �x D  W �x W

150  D  W





150 �0,3  D �0,99  W �0,02





�kmol �

�D  43,3 � h �









�kmol �



W  106, 7 �





�h �





2.1.3



Đồ thị cân bằng Acetone – Nước:



Thành phần cân bằng lỏng (x), hơi (y) tính bằng %mol và nhiệt độ sôi của hỗn

hợp hai cấu tử ở 760 mmHg ( Acetone – nước ):



x



0



5



10



20



30



40



50



60



70



80



90



100



y



0



60.

3



72



80.

3



82.

7



84.

2



85.

5



86.

9



88.

2



90.

4



94.

3



100



t



10

0



77.

9



69.

6



64.

5



62.

6



61.

6



60.

7



59.

8



59



58.

2



57.

5



56.

1



2.2



Chỉ số hồn lưu tối thiểu:



Dòng nhập ở trạng thái lỏng sơi và có nồng độ đỉnh yêu cầu 0.99 phần mol.

Để xác định Rmin ta xác định điểm x= 0.99 trên đường 45o sau đó vẽ tiếp tuyến

với mặt cong của đường cân bằng Acetone – Nước, cắt trục tung tại

Y 



xD

 0, 47

Rmin  1



Rmin = 1.107



2.3



Chỉ số hoàn lưu tối ưu:



Theo Phương pháp thể tích tháp nhỏ nhất ta có: V = S.H



Với S – diện tích tiết diện ngang của tháp; H – chiều cao tháp. Mặt khác diện tích

tiết diện tháp tỉ lệ vơi lượng hơi, lượng hơi này lại tỉ lệ với lượng hoàn lưu hay S tỉ lệ

với R. Chiều cao tháp tỉ lệ với số đĩa lý thuyết Nlt. Vậy thể tích tháp tỉ lệ với giá trị

Nlt.(R+1). Lần lượt cho các giá trị R và tìm thể tích tháp, ứng với giá trị nào nhỏ nhất

của thể tích tháp thì R đó là tỉ số hồn lưu tối ưu.

R

Nlt

(R+1)*Nl

t



1.5

18.9



1.8

14.8



2

13.4



2.2

12.5



2.4

11.8



2.5

11.5



3

10.6



3.5

9.9



4

9.6



47.25



41.44



40.2



40



40.12



40.25



42.4



44.55



48



Biểu diễn trên đồ thị:



R tối ưu

50

48

46



R tối ưu

Polynomial (R tối ưu)

Polynomial (R tối ưu)



44

42

40

38

36



1



1.5



2



2.5



3



3.5



4



4.5



Từ đồ thị ta xác chọn giá trị hồi lưu thích hợp R= 2.2

2.4 Phương trình đường làm việc:

Phương trình đường cất:

y



R

x

2, 2

0,99

x D 

x

 0, 688 x  0,309

R 1

R  1 2, 2  1

2, 2  1



Phương trình đường chưng:

R f

f 1

2, 2  3, 464

3, 464  1

x

xW 

x

�0, 02

R 1

R 1

2, 2  1

2, 2  1

y  1, 77 x  0, 015



y



Với



f



x D  x W 0,99  0, 02



 3, 464

xF  xW

0,3  0, 02



2.5 Số đĩa lý thuyết: Nlt = 25 (đĩa)



2.6 Xác định số mâm thực tế:

Có nhiều phương pháp xác định số mâm thực của tháp, ngoại trừ các ảnh hưởng

của thiết kế cơ khí tháp thì ta có thể xác định số mâm thực dựa vào hiệu suất trung

bình:

N tt 



N lt

ntb



Trong đó: Nt – số đĩa thực tế, Nlt - số đĩa lý thuyết, ntb – hiệu suất trung bình

của thiết bị

ntb 



n1  n2  n3  ....  nn

n



Trong đó ni - hiệu suất của các bậc thay đổi nồng độ, n - số vị trí tính hiệu suất

ntb 



nD  nF  nW

3



Với nD, nW, nF- lần lượt là hiệu suất ở đĩa trên cùng, hiệu suất ở đĩa nhập liệu và

hiệu suất ở đĩa dưới cùng

Ta có các phương trình có liên quan:



logμ hh  x D.log μ A   1  x D  .log μ N

α



(Công thức I.12 trang 84)



y 1 x

.

1  y x : độ bay hơi tương đối



Với: x là phần mol của acetone trong pha lỏng

y là phần mol của acetone trong pha hơi

μ hh sử dụng hình IX.11 trang 171 suy ra n



Nhiệt độ sôi của hỗn hợp được xác định từ đồ thị T-x-y

Độ nhớt của Acetone và nước

n: tra theo hình IX.11 trang 171

Nhiệt

độ sơi

Vị trí



Đỉnh



x



0.9

9



Nhập

0.3

liệu

0.0

Đáy

2



Độ nhớt

(10^3

Ns/m^2)



hỗn

hợp

o

C



Aceto

n



Độ nhớt

hỗn hợp

(10^3

Ns/m^2

Nước

)



0.99



56.3



0.235

9



0.498

6



0.2385



0.83

0



61



0.23



0.469



0.3973



0.26



90



0.185



0.320

5



0.3178



y



Từ bảng trên ta có



ncat 



n



1

11.3

5

17.2

2



0.238

5



0.71



4.509



0.34



5.471



0.32



0.71  0.34

 0.52

2



nchung 



0.34  0.32

 0.33

2



Vậy số mâm thực tế phần chưng là 21 , số mâm thực tế phần cất là 3, tổng số

mâm toàn tháp là 24 và mâm nhập liệu là mâm số 3.



CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

3.1 Cân bằng năng lượng cho thiết bị đun nóng đầu vào:

QH1 + QF1 = QF2 + Qng1 + Qth ,J/h

Trong đó:

Nhiệt lượng do hơi nước bão hòa mang vào:

 QH 1  H1 � r1 �1 �C1   H1 � 2677 �103  1 �C1 



Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào

Q F1 =F×C F1×t F1  4500 �3036, 6 �30  409941000



Nhiệt lượng hỗn hợp sau khi đun sôi:

Q F2 =F×C F2 ×t F2  4500 �3099 �61  850675500



Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra:

Nhiệt lượng tổn thất do mất mát ra môi trường xung quanh, 5% nhiệt

3

lượng tiêu tốn: Q th1 =0,05×H1×r1  0, 05 �H1 �2677 �10



Với:

H1: lượng hơi nước bão hòa, lượng nước ngưng, kg/h

F : lượng hỗn hợp đầu, kg/h



r1: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước, j/kg

θ1: nhiệt độ hơi bão hòa, nhiệt độ nước ngưng, oC

tF1, tF2: nhiệt độ đầu vào, nhiệt độ đầu ra của hỗn hợp Aceton – Nước, oC

C1,CF1,CF2: nhiệt dung riêng của nước ngựng, hỗn hợp đầu vào, ra,

J/kg.độ

Khi đó lượng hơi nước cần là:



H1 



Q F1  Q F2

850675500  409941000



 173,3  kg / h 

3

r1  0, 05 �2677 �10

2677 �103  0, 05 �2677 �103



3.2 Cân bằng nhiệt lượng cho toàn tháp và thiết bị đun đáy tháp:

Q F2 +Q H2 +Q Lo =Q Y +Q W +Q th2 +Q ng2



Trong đó

Nhiệt lượng cấp vào nồi đun:

Q H2 =H 2 ×  r2 +C 2 ×θ 2   H 2 � 2173 �103  θ 2 �C 2 



Nhiệt lượng do lòng hồi lưu:

Q Lo =G Lo ×CLo ×t Lo =D×R×C Lo ×t Lo  43,3 �57,5 �2, 2 �2299 �56,3  710199605,5



Nhiệt lương hơi ra tại đỉnh tháp:

Với:



Q yđ=D×(1+R)×λ  657427, 23



λ đ  λ a �y D   1  y D  �λ n



λ a  ra  t D �Ca , λ đ  rn  t D �C n



Nhiệt lượng sản phẩm đáy mang ra:

Q w =W×C w ×t w  106, 7 �18,8 �4102 �90  300527287, 2



Nhiệt lượng nước ngưng tụ lấy ra:



Q ng2 =H 2 ×θ×C

2



2



Nhiệt lượng tổn thất do mất mát ra mơi trường xung quanh, 5% nhiệt

lượng tiêu tốn:



Q xq2 = 0,05×H 2 ×r2  0, 05 �H 2 �2173 �103



Với:

H2: lượng nhiệt do hơi nước đưa vào nồi đun sản phẩm đáy, kg/h

R2: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước, J/kg

,: lượng sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, kg/h

: nhiệt độ của hơi bão hòa, nước ngưng, oC



tLo, tW: nhiệt đổ cùa dòng hồn lưu, dòng sản phẩm đáy, oC

CLo, CW, C2: nhiệt dung riêng của dòng lỏng hồn lưu, sản phẩm đáy

J

do

và nước ngưng tụ kg



: nhiệt lượng riêng của hơi đỉnh, J/kg

Khi đó lượng hơi nước bão hòa cần là:

H2 





QY  QF2  QLo  QW

r2  0, 05 �r2



657427, 23  850675500  710199605,5  300527287, 2

 2144,8 kg / h

0,95 �2176 �103



3.3 Cân bằng nhiệt cho thiết bị ngưng tụ đỉnh:

Ngưng tụ hoàn toàn hơi ở đỉnh về trạng thai lỏng sơi, ta có:



Trong đó:

Gn1: lượng nước làm mát cần tiêu tốn cho quá trình, kg/h

rd: ẩn nhiệt hóa hơi ở đỉnh tháp, J/kg

J

.do

kg

Cn1: nhiệt dung riêng của nước làm mát,



t1, t2: nhiệt độ vào, ra của nước làm mát, oC

Khi đó lượng nước cần để ngưng tụ là:

Gn1 



43,3x57, 6 �3, 2 �528011,1

 100767, 24  kg / h 

4182 � 40  30 



3.4 Cân bằng nhiệt cho thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh:

D×CD ×  t D1  t D2  =G n2 ×Cn2 ×(t n2v -t n2r )



Gn2: lượng nước làm lạnh cần tiêu tốn cho quá trình, kg/h



J

.do

kg

CD: nhiệt dung riêng của nước làm nguội,



tD1, tD2: nhiệt độ vào, ra của sản phẩm đỉnh cần làm nguội, oC

tn2r, tn2v: nhiệt độ vào, ra của nước làm nguội, oC

Khi đó lượng nước cần để làm nguội sản phẩm đỉnh là:

Gn 2 



43,3 �56, 7 �2269,5 � 56,3  30 

4177,5 � 40  20 



 1754  kg / h 



CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH

4.1. Đường kính tháp

D=0.0188



g tb

(ρ y ω y ) TB



(1)



Với:



Ký hiệu

Đơn vị



Lượng hơi

trung bình

gtb

kg/h



Tốc độ khí trung bình trong tháp

y

m/s



Ta tính cho phần chưng và phần luyện riêng

4.1.1. Lượng hơi trung bình đi trong từng tháp

 Đoạn cất

g tb =



g đ +g1

2 (2)



Với:

g đ : lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng(kmol/h)

g1 : lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của phần luyện (kmol/h)



g đ =G Lo +G D =G D ×  R+1 = 43,3×57,6×  2,2+1 =475,3  kmol / h 



Giải hệ phương trình:

(3)







Tốc độ

khối lượng

(yy)tb

kg/m2.s



g tb =



Vậy:



7981,06+4748,00

=6364,53 kg/h

2



 Đoạn chưng

(4)

Với:

g'1 : lượng hơi đi vào đoạn chưng(kmol/h)

g1 : lượng hơi đi ra đĩa trên cùng của phần chưng (kmol/h)



g1 =4748.00  kmol / h 



Giải hệ phương trình:





(5)





g tb =



Vậy:



4748,00+3162,00

=3955,00 kg/h

2



4.1.2. Đương kính tháp:

Đường kính đoạn cất

D=0,0188



6364,53

=1,36  m 

1,225



Chọn đường kính phần luyện là 1,2 (m)

Vận tốc hơi đi trong tháp:



  

y



y tb







 0, 065 �    � h � xtb � ytb kg / m 2 �s







[I.184]



x: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng: ’x = 771,77 (kg/m3 )

y : khối lượng riêng trung bình của pha hơi: ’y = 1,80 (kg/m3)

h : khoảng cách mâm ( m ), chọn h = 0.4

[] : hệ số tính đến sức căng bề mặt

= + [I.76) (acetone , nuoc tra ở bảng I.242- Sổ tay tập một )

hh = 14.23 < 20 dyn/cm

Nên theo sổ tay tập hai : [] = 0.8





  

y



y tb



Đường kính đoạn chưng



 0, 065 �0,8 � 0, 4 �771, 77 �1,8  1, 225



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

3 Sơ đồ qui trình công nghệ và thuyết minh qui trình công nghệ:

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×