Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ

Tải bản đầy đủ - 0trang

CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC



GVHD: KS. DƯƠNG QUỐC KHANH



Với

– y1 hàm lượng hơi của đĩa thứ nhất của đoạn luyện

– x1 hàm lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn luyện

– G1 lượng lỏng ở đệm thứ nhất của đoạn cất

Ta có

– GP = 815,4390 (kg/h)

– GF = 3500 (kg/h)

– x1 = xF = 0,1436 (phần mol) = 0,3 (phần khối lượng)

– gd = GX + GP = Gp. (Rx + 1) =815,4390.(0.7842 + 1) = 1454,9062( kg/h)

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

– rd ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi đỉnh tháp









+

+

+



+

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

+

rd = ra. yd + rb. (1-yd)

(CT.trang 182-[2])

– ra, rb ẩn nhiệt hóa hơi của etanol và nước

Ở nhiệt độ tF = 84,85oC ta tra bảng (I-212) trang 254 - [1]

+ ra = 891788 (J/kg)

+ rb = 2319478 (J/kg)

+ ya = yF = 0,4905 (phần mol)

+ rd = ra. yd + rb. (1-yd)

+ rd =891788. 0,7039 + (1-0,7039). 2319478 = 1314527,009 (J/kg)

Ở nhiệt độ tp = 79,4oC ta tra bảng (I-212) trang 254 - [1]

ra = 895975 (J/kg)

rb = 2340421 (J/kg)

yd = yP = 0,7039 (phần mol)

Do đó ta tính được

r1 = 895975. y1 + 2340421.(1-y1)



Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần



(J/kg)



Trang 25



CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC



GVHD: KS. DƯƠNG QUỐC KHANH



 Từ phương trình cân bằng vật liệu và nhiệt lượng ta có

g1 = G1 + 815,4390

g1. y1= 0,1436. G1 + 497,4993

g1.[ 895975. y1 + 2340421.(1-y1) ] = 1912513495

 Giải hệ 3 phương trình ta có

+ y1 = 0,47 (kmol/kmol)

+ G1 = 338,79714 (kg/h)

+ g1 = 1154,23614 (kg/h)

 Suy ra:

r1 = 895975. 0,47 + 2340421.(1-0,47) = 1661531,38 (J/kg)

 Suy ra lượng hơi trung bình

gtb = = = 1304,5711 (kg/h)

– Xác định : tính khối lượng riêng trung bình đối với pha khí đoạn luyện

(kg/m3) (trang 183 – [2])

Với:

MA = 46 (kg/kmol), MB = 18 (kg/kmol)



ytb1 = = = 0,5819 (phần mol)

T: nhiệt độ trung bình của đoạn luyện

T = = + 273 = 352,875 (oK)

Do đó:

1,18 (kg/m3)



vtb = = 1105,5687 (m3/h)

3.1.2. Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp.

Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần



Trang 26



CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC



GVHD: KS. DƯƠNG QUỐC KHANH



a) Đường kính đoạn luyện:

Chọn 0,9.

– Trong đó

được tính theo cơng thức IX-115, trang 187 - [2]

lg = = A - 1,75

– Với A = - 0,125

+ bề mặt riêng của đệm (m2/m3)

+ thể tích tự do của đệm (m2/m3)

+ gia tốc trọng trường (m/s2)

+ khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi (kg/m3)

+ độ nhớt của pha lỏng ở nhiệt độ trung bình và của nước ở 20oC

+ lưu lượng và hơi trung bình (kg/s)

+ Tính khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và hơi

+ Đối với pha hơi

= 1,18 (kg/m3)

+ Đối với pha lỏng





Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng tính CT. IX- 104a trang 183 – [2]









khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp lỏng trong luyện

khối lượng riêng của etanol và nước ở nhiệt độ trung bình



(ttb=84,85), (bảng I-2 trang 9-[1]).

= 735 (kg/m3)

= 972 (kg/m3)

= = = 0,55 (phần khối lượng)

Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần



Trang 27



CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC



GVHD: KS. DƯƠNG QUỐC KHANH



= 853,5 (kg/m3)

– Xác định độ nhớt

độ nhớt của hỗn hợp lỏng trung bình trong đoạn luyện, được tính theo cơng





thức:



lg = xtb. lg + (1 - xtb). lg

xtb= = = 0,3768 (phần mol)

độ nhớt của etanol và nước ở 80,6oC tra bảng I-101 trang 91 -[1] bằng







phương pháp nội suy ta có

= 0,435.10-3 (Ns/m2)

= 0,357. 10-3 (Ns/m2)

=0,396.10-3 (Ns/m2)

3.1.3. Tính lượng hơi trung bình trong đoạn cất.



GR = GP. Rx =815,4390. 0,7842= 639,4677 (kg/h) = 0,1776(kg/s)

GF = 3500 (kg/h) = 0,9722(kg/s)

Gxtb = = 0,5749(kg/s)

Gytb = = gtb = 1304,5711 (kg/h) = 0,3623(kg/s)





Xác định xtb:

Nồng độ phân mol trung bình:

xtb= = = 0,3768 (phần mol)







Suy ra:

=60,71% .

xtb







= 853,5 (Kg/m3)



Xác định ytb:



Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần



Trang 28



CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC



GVHD: KS. DƯƠNG QUỐC KHANH



= 1,1892

Với:

+ Nồng độ phân mol trung bình:

ytb ===0,5869

+ Nhiệt độ trung bình đoạn cất:

ttb ==79,875oC

+ Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp với mâm xuyên lỗ có ống chảy chuyền :

=1,3253

Với:+xtb: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng (Kg/m3) .

+ytb: khối lượng riêng trung bình của pha hơi (Kg/m3).

+Để tránh tạo bọt ta chọn tốc độ hơi trung bình đi trong tháp:

= 1,6002 (m/s)

Vậy đường kính đoạn cất

Dcất == 0,4922m

3.1.4. Đường kính đoạn chưng.

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng:

(Kg/h)

Trong đó: g’n: lượng hơi ra khỏi đoạn chưng (Kg/h).

g’1: lượng hơi đi vào đoạn chưng (Kg/h).

+ Xác định g’n:



g’n = g1 =1154,2361(Kg/h)



+ Xác định g’1:

Từ hệ phương trình :

(III.2)

Với : G’1: lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn chưng .

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

Tính r’1

Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần



Trang 29



CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC



GVHD: KS. DƯƠNG QUỐC KHANH



xW =0,0019 tra đồ thị cân bằng của hệ ta có: yW =0,0248

 Suy ra

Mtbg’ =46.yW +(1-yW).18=18,6944 (Kg/kmol)

t’1 = tW = 100oC , tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)], ta có:

+ Ẩn nhiệt hóa hơi của nước: r’N1 = 40680 (KJ/kmol) .

+ Ẩn nhiệt hóa hơi của rượu: r’R1 = 36394,3 (KJ/kmol) .





Suy ra:



r’1 = r’R1.yW + (1-yW).r’N1 = 40573,7146 (KJ/kmol)

Tính r1

r1 = 895975. y1 + 2340421.(1-y1) =1661531,38(KJ/kmol)

W = 2684,561 (Kmol/h)



Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần



Trang 30



CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC



GVHD: KS. DƯƠNG QUỐC KHANH



Giải hệ (III.2), ta được:

x’1 =0,0269 (phân mol etanol) _ MtbG’ =18,189

G’1 = 49951,6036 (Kmol/h) =899118 (kg/h)

g’1 = 47267,0426 (Kmol/h) = 850806(Kg/h)

Vậy: g’tb = (Kg/h)

Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp với mâm xuyên lỗ có ống chảy chuyền:

Với : 'xtb: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng (Kg/m3).

'ytb: khối lượng riêng trung bình của pha hơi (Kg/m3).

+ Xác định ’ytb:

Với: + Nồng độ phân mol trung bình:

y’tb ===0,2474

+ Nhiệt độ trung bình đoạn chưng :

t’tb ===92,43oC

Suy ra: ’ytb =0,8313 (Kg/m3).

+ Xác định ’xtb





Nồng độ phân mol trung bình:

x’tb = == 0,07275







Suy ra : =16,70% .

t’tb = 92,43oC, tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)-trang 9], ta có:

– Khối lượng riêng của nước:

’N = 963,117(Kg/m3)

– Khối lượng riêng của rượu:

’R = 720,365(Kg/m3)

– Suy ra:

’xtb = =145,31 (Kg/m3)

– Suy ra: =0,6610 (m/s)



Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần



Trang 31



CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC



GVHD: KS. DƯƠNG QUỐC KHANH



Để tránh tạo bọt ta chọn tốc độ hơi trung bình đi trong tháp:

= 0,5288 (m/s)

Vậy đường kính đoạn chưng:

Dchưng== 0,3418 (m).

Kết luận: hai đường kính đoạn cất và đoạn chưng khơng chênh lệch nhau quá lớn

nên ta chọn đường kính của tồn tháp là: Dt = 0,500 (m).

Khi đó tốc độ làm việc thực ở:

+ Phần cất:

lv = (m/s).

+ Phần chưng:

’lv = (m/s).

3.2. Mâm Lỗ – Trở Lực Của Mâm.

3.2.1. Cấu tạo mâm lỗ.

Chọn

+ Đường kính lỗ : dl = 3 (mm).

+ Tổng diện tích lỗ bằng 9,77% diện tích mâm.

+ Khoảng cách giữa hai tâm lỗ bằng 2,5 lần đường kính lỗ (bố trí lỗ theo

tam giác đều ).

+ Tỷ lệ bề dày mâm và đường kính lỗ là 6/10 .

+ Diện tích dành cho ống chảy chuyền là 20% diện tích mâm .

Số lỗ trên 1 mâm :

N = = 2716 lỗ.

Vậy: ta bố trí các lỗ trên 1 mâm thành 51(hàng), số lỗ trên đường chéo là 66 lỗ.

Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần



Trang 32



CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC



GVHD: KS. DƯƠNG QUỐC KHANH



3.2.2. Độ giảm áp của pha khí qua một mâm.

Độ giảm áp tổng cộng của pha khí (tính bằng mm.chất lỏng) là tổng các độ

giảm áp của pha khí qua mâm khô và các độ giảm áp do pha lỏng :

htl = hk + hl + hR



(mm.chất lỏng)



Với :

+ hk :độ giảm áp qua mâm khô (mm.chất lỏng).

+ hl : độ giảm áp do chiều cao lớp chất lỏng trên mâm(mm.chất lỏng).

+hR : độ giảm áp do sức căng bề mặt (mm.chất lỏng).

Trong tháp mâm xuyên lỗ ,gradien chiều cao mực chất lỏng trên mâm  là khơng

đáng kể nên có thể bỏ qua .

3.2.3. Độ giảm áp qua mâm khô.

Độ giảm áp của pha khí qua mâm khơ được tính dựa trên cơ sở tổn thất áp suất

do dòng chảy đột thu, đột mở và do ma sát khi pha khí chuyển động qua lỗ.

(mm.chất lỏng)

Với : + uo :vận tốc pha hơi qua lỗ (m/s).

+ G : khối lượng riêng của pha hơi (Kg/m3).

+ L : khối lượng riêng của pha lỏng (Kg/m3).

+ Co :hệ số orifice ,phụ thuộc vào tỷ số tổng diện tích lỗ với diện tích

mâm và tỷ số giữa bề dày mâm với đường kính lỗ.

Ta có :

=0,0977 và =0,6 .→

Tra tài liệu tham khảo [1 – trang 111]: Co = 0,745

– Đối với mâm ở phần cất :

+ Vận tốc pha hơi qua lỗ: uo ==15,8730 (m/s).

+ Khối lượng riêng của pha hơi: G = ytb = 1,171 (Kg/m3).

+ Khối lượng riêng của pha lỏng: L = xtb = 821,25 (Kg/m3).

Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần



Trang 33



CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC



GVHD: KS. DƯƠNG QUỐC KHANH



Suy ra độ giảm áp qua mâm khô ở phần cất : (mm.chất lỏng)



=32,8613 (mm.chất lỏng).

– Đối với mâm ở phần chưng :

+ Vận tốc pha hơi qua lỗ : u’o ==3,9754 (m/s).

+ Khối lượng riêng của pha hơi : ’G = ’ytb = 0,746 (Kg/m3).

+ Khối lượng riêng của pha lỏng : ’L = ’xtb = 925,744 (Kg/m3).

Suy ra độ giảm áp qua mâm khô ở phần chưng :

= 1,1702 (mm.chất lỏng).

3.2.4. Độ giảm áp do chiều cao mức chất lỏng trên mâm.

Phương pháp đơn giản để ước tính độ giảm áp của pha hơi qua mâm do lớp chất

lỏng trên mâm hl là từ chiều cao gờ chảy tràn hw , chiều cao tính tốmn của lớp chất

lỏng trên gờ chảy tràn how và hệ số hiệu chỉnh theo kinh nghiệm  :

hl = .( hw + how )



, (mm.chất lỏng)



Chọn:

+ Hệ số hiệu chỉnh:  = 0,6

+ Chiều cao gờ chảy tràn: hw = 50 (mm)

Chiều cao tính tốn của lớp chất lỏng trên gờ chảy tràn được tính từ phương trình

Francis với gờ chảy tràn phẳng :

, (mm.chất lỏng)

Với : + qL: lưu lượng của chất lỏng (m3/ph).

+ Lw: chiều dài hiệu dụng của gờ chảy tràn (m).

– Xác định Lw:



Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần



Trang 34



CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC



GVHD: KS. DƯƠNG QUỐC KHANH



Diện tích dành cho ống chảy chuyền là 20% diện tích mâm, nên ta có phương

trình sau :



Với : no :góc ở tâm chắn bởi chiều dài đoạn Lw .

Dùng phương pháp lặp ta được : no = 93o12’22”

Lw = Dt . sin(no/2) = 363,305(mm) 364 (mm) = 0,364 (m).

– Xác định qL:

Phần cất: = 0,0399 (m3/phút).

Suy ra:

= 9,9404 (mm).

Vậy:

Độ giảm áp do chiều cao mức chất lỏng trên mâm ở phần cất là:

hl = 0,6.(50+9,9404) = 35,9642 (mm.chất lỏng).

Phần chưng:

= 0,1481 (m3/phút).

Suy ra : = 23,8300 (mm).

Vậy :Độ giảm áp do chiều cao mức chất lỏng trên mâm ở phần chưng :

h’l = 0,6.(50+23,8300) = 44,298 (mm.chất lỏng).

3.2.5. Độ giảm áp do sức căng bề mặt.

Độ giảm áp do sức căng bề mặt được xác định theo biểu thức:

, (mm.chất lỏng)

Với : +  : sức căng bề mặt của chất lỏng (dyn/cm).

+ L : khối lượng riêng của pha lỏng (Kg/m3).

– Phần cất:

Khối lượng riêng của pha lỏng: L = xtb = 821,25 (Kg/m3).

Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần



Trang 35



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×