Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT

CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT

Tải bản đầy đủ - 0trang

Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TPHCM



Khoa Công nghệ Hóa học



GW, W: suất lượng sản phẩm đáy tính theo (kg/h, kmol/h).

xi, xi : nồng độ phần mol, phần khối lượng của cấu tử i.

3.2. Xác định suất lượng sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy thu được

Tra bảng I.249, trang 310, [1]

⇒ Khối lượng riêng của nước ở 25 (oC): ρN = 996,5 (kg/m3).

Tra bảng I.2, trang 9, [1]

⇒ Khối lượng riêng của axit axetic ở 25 (oC): ρAL = 1042,75 (kg/m3)

Áp dụng trong công thức (I.2), trang 5, [1]



Năng suất nhập liệu : GF = 2500 (kg/h).

Áp dụng trong công thức (IX.16), (IX.17), trang 144, [2]



Đun gián tiếp :







G F = G D + G W



G F xF = G D xD + G W xW



GW

GF

GD

=

=

xD − xW xF − xW xD − xF



Áp dụng trong công thức (IX.18), trang 144, [2]

Nên : (kg/h).

Áp dụng trong công thức (IX.19), trang 144, [2]

Và: GW = GF – GD = 2500 – 1808,5 = 691,5 (kg/h).

3.3. Xác định tỉ số hồn lưu làm việc

• Nồng độ phần mol



GVHD: Th.S Võ P. Phương Trang



15



Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TPHCM



Khoa Cơng nghệ Hóa học



• Suất lượng mol tương đối của dòng nhập liệu



• Tỉ số hồn lưu làm việc

Tra bảng IX.2a, trang 148, [2]

⇒ Dựa vào đồ thị ta có y*f = 0,925

• Tỉ số hồn lưu tối thiểu

Áp dụng trong cơng thức (IX.24), trang 158, [2]



• Tỉ số hồn lưu làm việc

Áp dụng trong công thức (IX.25b), trang 159, [2]



• Phương trình đường làm việc

Phương trình đường làm việc làm cất

Áp dụng trong công thức (IX.20), trang 144, [2]



Phương trình đường làm việc phần chưng

Áp dụng trong cơng thức (IX.22), trang 158, [2]



3.4. Xác định suất lượng mol của dòng pha

Coi lưu lượng mol của các dòng pha đi trong mỗi đoạn tháp (chưng và luyện) là

khơng đổi.

• Tại đỉnh tháp

GVHD: Th.S Võ P. Phương Trang



16



Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TPHCM



Khoa Cơng nghệ Hóa học



Vì tại đỉnh tháp nồng độ phần mol của nước trong pha lỏng và pha hơi bằng nhau.

⇒ Khối lượng của pha hơi và pha lỏng tại đỉnh tháp là bằng nhau

.

Suất lượng khối lượng của dòng hơi tại đỉnh tháp

.

Suất lượng mol của dòng hơi tại đỉnh tháp



Suất lượng khối lượng của dòng hồn lưu



Suất lượng mol của dòng hồn lưu



• Tại mâm nhập liệu

Khối lượng mol của dòng nhập liệu

Suất lượng mol của dòng nhập liệu



• Tại đáy tháp

Vì tại đáy tháp nồng độ phần mol của nước trong pha lỏng và pha hơi bằng nhau.

⇒ Khối lượng của pha hơi và pha lỏng tại đáy tháp là bằng nhau

GVHD: Th.S Võ P. Phương Trang



17



Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TPHCM



Khoa Cơng nghệ Hóa học



Suất lượng mol của dòng sản phẩm đáy



CHƯƠNG 4: TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

Chọn hơi đốt là hơi nước ở 2,5 (at).

Tra bảng I.251, trang 314, [1]

Nhiệt hóa hơi:

Nhiệt độ sơi:



rH2O



tH2O



= rn = 2189500 (J/kg).



= tn = 126,25 (oC).



Dòng sản phẩm tại đáy có nhiệt độ

Trước khi vào nồi đun (lỏng): tS1 = 118,0672 (oC).

Sau khi được đun sôi (hơi): tS2 = 100,1197 (oC).

Cân bằng nhiệt cho toàn tháp

Qđ + GFhFS = (R+1) GDrD + GDhDS + GWhWS + Qm

Giả sử Qm = 0,05Qđ ⇒ 0,95Qđ = (R+1) GDrD + GD(hDS – hFS) + GW(hWS – hFS)

hFS = cF.tFS = [



xF cN + (1− xF )cA



hWS = cW.tWS = [

hDS = cD.tDS = [

rD =



]tFS



xW cN + (1− xW )cA



xD cN + (1− xD )cA



]tWS



]tDS



xD rN + (1− xD )rA



GVHD: Th.S Võ P. Phương Trang



18



Trường Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TPHCM



Khoa Cơng nghệ Hóa học



Với xF = 0,89 ⇒ tFS = 100,6698 (oC).

xD = 0,98 ⇒ tDS = 100,1197 (oC).

xW = 0,06 ⇒ tWS = 118,0672 (oC).

Nhiệt dung riêng

Tra bảng I.249, trang 310, [1]

Nhiệt dung riêng của nước ở 118,0672 (oC)= 4,952117 (kJ/kg.K).

Nhiệt dung riêng của nước ở 100,6698 (oC) = 4,218018 (kJ/kg.K).

Nhiệt dung riêng của nước ở 100,1197 (oC) = 4,195816 (kJ/kg.K)



.



Tra bảng I.154, trang 172, [1]

Nhiệt dung riêng của axit axetic ở 118,0672 (oC) = 2,524658 (kJ/kg.K).

Nhiệt dung riêng của axit axetic ở 100,6698 (oC) = 2,433445 (kJ/kg.K).

Nhiệt dung riêng của axit axetic ở 100,1197 (oC) = 2,430615 (kJ/kg.K).

• Enthalpy

hFS = [ 0,7. 4,218018 + (1-0,7) . 2,433445) . 100,6698 = 370,731 (kJ/kg).

hWS = [ 0,02 . 4,952117 + (1-0,02) . 2,524658) . 118,0672 = 303,811 (kJ/kg).

hDS = [ 0,96 . 4,195816 + (1-0,96) . 2,430615) . 100,1197 = 413,015 (kJ/kg).

• Nhiệt hóa hơi

Tra bảng I.250, trang 312, [1]

Nhiệt hóa hơi của nước ở 100,1197 (oC) = rN = 2259,712 (kJ/kg).

Dùng toán đồ I.65, trang 255, [1]

Nhiệt hóa hơi của axit axetic ở 100,1197(oC)= rA = 100 (Kcal/kg) = 419,7 (kJ/kg)

Tra bảng I.251, trang 314, [1]

Nhiệt hóa hơi của nước ở 2,5 (at) =



rH2O



= 2189,5 (kJ/kg).



Nên: rD = 0,96 2259,712 + (1-0,96) . 419,7= 2186.112 (kJ/kg).

Nhiệt lượng cần cung cấp



GVHD: Th.S Võ P. Phương Trang



19



Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TPHCM



Qđ =



Khoa Cơng nghệ Hóa học



(R + 1)G D rD + G D (hDS − hFS ) + G W (hWS − hFS )

0,95



= 13935913,77 (kJ/h).



Nếu dùng hơi nước bão hòa (khơng chứa ẩm) để cấp nhiệt thì: Qđ =



G H2O =



G H2O rH2O

.





rH2O



Vậy lượng hơi nước cần dùng là :



= 6364,884 (kg/h).



• Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy

Chọn

Nước làm lạnh đi trong ống trong với nhiệt độ vào t V = 25 (oC) và nhiệt độ ra tR =

35 (oC).

Sản phẩm đáy đi trong ống ngoài với nhiệt độ vào tWS = 118,0672 (oC) và nhiệt độ

ra tWR = 40 (oC).

Cân bằng nhiệt: Q = GW(hWS – hWR) = Gn (hR – hV).

Nhiệt dung riêng của nước ở 40 (oC) = 4,178 (kJ/kg.K).

Nhiệt dung riêng của axit ở 40 (oC) = 2,1(kJ/kg.K).

Nên: hWR = (0,02. 4,178 + 0,98. 2,1). 40 = 85,6624 (kJ/kg).

Tra bảng I.250, trang 312, [1]

⇒ Enthalpy của nước ở 25 (oC) : hV = 104,75 (kJ/kg).

⇒ Enthalpy của nước ở 35 (oC) : hR = 146,65 (kJ/kg).

Lượng nhiệt trao đổi

Q = GW(hWS – hWR) = [691,5.(303,811 – 85,6624)] =150849,7569 (kJ/h).



Gn =

Suất lượng nước lạnh cần dùng:



Q

hR − hV



= 3600,233 (kg/h).



• Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh

Chọn

Nước làm lạnh đi trong ống với nhiệt độ vào tV = 25 (oC) và nhiệt độ ra

GVHD: Th.S Võ P. Phương Trang



20



Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TPHCM



Khoa Công nghệ Hóa học



tR = 40 (oC).

Dòng hơi tại đỉnh đi ngoài ống với nhiệt độ ngưng tụ tngưng = 100,6698 (oC).

Cân bằng nhiệt: Qnt = (R + 1)GDrD = Gn (hR – hV).

rD =



xD rN + (1− xD )rA



= 0,96. 2259,712 + 0,04. 419,7 = 2186,112 (kJ/kg).



Nên: Qnt = (R + 1)DrD = (2,341+1).96. 2186,112 = 701164,818 (kJ/h).

Tra bảng I.250, trang 312, [1]

⇒ Enthalpy của nước ở 25 (oC) : hV = 104,75 (kJ/kg).

⇒ Enthalpy của nước ở 40 (oC) : hR = 146,65 (kJ/kg).



Gn =

Lượng nước cần dùng:



Q nt

hR − hV



= 11156,163 (kg/h).



• Thiết bị đun sơi dòng nhập liệu

Chọn

Dòng nhập liệu đi trong ống trong với nhiệt độ vào t V = tFV = 25 (oC) và nhiệt độ

ra tR = tFS = 100,6698 (oC).

Hơi ngưng tụ đi trong ống ngồi có áp suất 2,5 (at):

Nhiệt hóa hơi:

Nhiệt độ sôi:



rH2O



tH2O



= rn = 2189500 (J/kg).



= tn = 126,25 (oC).



Tra bảng I.249, trang 310, [1]

⇒ Nhiệt dung riêng của nước ở 25 (oC) = 4,178(kJ/kg.K).

Tra bảng I.154, trang 172, [1]

⇒ Nhiệt dung riêng của axit axetic ở 25 (oC) = 2,0205 (kJ/kg.K).

hFV = cF.tFV = [



xF cN + (1− xF )cA



]tFV = (0,7. 4,178 + 0,3. 2,0205). 25 = 88,3025 (kJ/kg)



Cân bằng nhiệt: Q = GF(hFS – hFV) = Gnrn

Nên: Q = GF(hFS – hFV) = 2500.( 370,731 – 88,3025) = 706071,25 (kJ/h).

GVHD: Th.S Võ P. Phương Trang



21



Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TPHCM



Gn =

Lượng hơi đốt cần dùng:



Q

rn



Khoa Cơng nghệ Hóa học



= 322,481 (kg/h).



CHƯƠNG 5: TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH

Phương trình đường làm việc

Phương trình đường làm việc làm cất



y=



Rx

Rx + 1



x+



xD

Rx + 1



= 0,548x + 0,364



Phương trình đường làm việc phần chưng



y=



Rx + f

Rx + 1



x-



1− f

Rx + 1



xw = 1,302x – (1,975 10-3)



5.1. Đường kính tháp

• Phần cất

- Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong phần luyện

Nồng độ phần mol trung bình của pha lỏng trong phần luyện

⇒ Nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần luyện: TLL = 100,779 (oC).

Nồng độ phần khối lượng trung bình của pha lỏng trong luyện

Tra bảng I.249, trang 310, [1]



⇒ Khối lượng riêng của nước ở 100,799 (oC): ρNL = 957,809 (kg/m3).

Tra bảng I.2, trang 9, [1]

⇒ Khối lượng riêng của axit axetic ở 100,799 (oC): ρAL = 956,562 (kg/m3).

Áp dụng trong công thức (I.2), trang 5, [1]

⇒.

GVHD: Th.S Võ P. Phương Trang



22



Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TPHCM



Khoa Cơng nghệ Hóa học



Hình 1: Giản đồ T – x,y của hệ Axit axetic – Nước



-



Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần luyện



Nồng độ trung bình của pha hơi trong phần luyện

yL = 0,701xL + 0,295 = 0,7010,935 + 0,295 = 0,95044

Dựa vào hình 1

⇒ Nhiệt độ trung bình của pha hơi trong phần luyện: THL = 100,599 (oC)

-



Khối lượng mol trung bình của pha hơi trong phần luyện

MHL = yL. MN + (1 – yL). MA

= 0,9504418 + (1 – 0,95044)60 = 20,0815 (kg/kmol)



-



Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần luyện



-



Tính vận tốc pha hơi đi trong phần luyện



GVHD: Th.S Võ P. Phương Trang



23



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×