Tài liệu Chưng luyện để tách hỗn hộp các cấu tử trong công nghiệp

Luận văn tốt nghiệp Đề tài: Chưng luyện để tách hỗn hộp các cấu tử trong công nghiệp môc lôc PhÇn më ®Çu 2 VÏ vµ thuyÕt minh d©y chuyÒn 2 TÝnh to¸n thiÕt bÞ chÝnh 6 I.TÝnh c©n b»ng vËt liÖu 6 II.§−êng kÝnh th¸p 8 III.Sè ®Üa thùc tÕ vµ chiÒu cao th¸p 14 IV. TÝnh to¸n c¬ khÝ 21 V. Trë lùc 36 C©n b»ng nhiÖt 41 I. ThiÕt bÞ gia nhiÖt hçn hîp ®Çu 41 II.Th¸p ch−ng luyªn 42 III. ThiÕt bÞ ng−ng tô 45 IV.ThiÕt bÞ lµm l¹nh 45 TÝnh vµ chän thiÕt bÞ phô 46 I. TÝnh vµ chon thiÕt bÞ gi nhiÖt 47 II.TÝnh b¬m 43 KÕt lô©n 62 Tµi liÖu tham kh¶o 63 Phô lôc 64 1 http://nuoc.com.vn PhÇn më ®Çu Trong c«ng nghiÖp, viÖc ph©n t¸ch c¸c cÊu tö tõ hçn hîp ban ®Çu lµ rÊt cÇn thiÕt nh»m môc ®Ých hoµn thiÖn, khai th¸c, chÕ biÕn... Cã rÊt nhiÒu ph−¬ng ph¸p ph©n t¸ch c¸c cÊu tö trong c«ng nghiÖp, trong ®ã cã ph−¬ng ph¸p ch−ng luyÖn lµ mét trong nh÷ng ph−¬ng ph¸p hay ®−îc sö dông. Ch−ng lµ ph−¬ng ph¸p t¸ch c¸c cÊu tö tõ hçn hîp ban ®Çu dùa vµo ®é bay h¬i kh¸c nhau cña chóng trong hçn hîp. Hçn hîp nµy cã thÓ lµ chÊt láng hoÆc chÊt khÝ, th−êng khi ch−ng mét hçn hîp cã bao nhiªu cÊu tö ta sÏ thu ®−îc bÊy nhiªu s¶n phÈm. Víi hçn hîp cã hai cÊu tö ta sÏ thu ®−îc hai s¶n phÈm lµ s¶n phÈm ®Ønh gåm phÇn lín lµ cÊu tö dÔ bay h¬i vµ s¶n phÈm ®¸y chøa phÇn lín lµ cÊu tö khã bay h¬i. Trong thùc tÕ cã thÓ gÆp rÊt nhiÒu kiÓu ch−ng kh¸c nhau nh− : ch−ng b»ng h¬i n−íc trùc tiÕp, ch−ng ®¬n gi¶n, ch−ng luyÖn... Ch−ng luyÖn lµ ph−¬ng ph¸p ch−ng phæ biÕn nhÊt dïng ®Ó t¸ch hçn hîp c¸c cÊu tö dÔ bay h¬i cã tÝnh chÊt hoµ tan hoµn toµn hoÆc mét phÇn vµo nhau. vÏ vμ thuyÕt minh d©y chuyÒn s¶n xuÊt I. ThuyÕt minh d©y chuyÒn s¶n xuÊt : Hçn hîp ®Çu tõ thïng chøa 1 ®−îc b¬m 2 b¬m liªn tôc lªn thïng cao vÞ 3. Møc chÊt láng cao nhÊt ë thïng cao vÞ ®−îc khèng chÕ nhê èng ch¶y trµn. Tõ thïng cao vÞ, hçn hîp ®Çu (®−îc ®iÒu chØnh nhê van vµ l−u l−îng kÕ) qua thiÕt bÞ ®un nãng dung dÞch 4. T¹i ®©y, dung dÞch ®−îc gia nhiÖt b»ng h¬i n−íc b·o hoµ ®Õn nhiÖt ®é s«i. Sau ®ã, dung dÞch ®−îc ®−a vµo th¸p ch−ng luyÖn qua ®Üa tiÕp liÖu. Th¸p ch−ng luyÖn gåm hai phÇn : phÇn tõ ®Üa tiÕp liÖu trë lªn trªn lµ ®o¹n luyÖn, cßn tõ ®Üa tiÕp liÖu trë xuèng lµ ®o¹n ch−ng. Nh− vËy, ë trong th¸p, pha láng ®i tõ trªn xuèng tiÕp xóc víi pha h¬i ®i tõ d−íi lªn. H¬i bèc tõ ®Üa d−íi lªn qua c¸c lç ®Üa trªn vµ tiÕp xóc víi pha láng cña ®Üa trªn, ng−ng tô mét phÇn, v× thÕ nång ®é cÊu tö dÔ bay h¬i trong pha láng t¨ng dÇn theo chiÒu cao th¸p. V× nång ®é cÊu tö dÔ bay h¬i trong láng t¨ng nªn nång ®é cña nã trong h¬i do láng bèc lªn còng t¨ng. CÊu tö dÔ bay h¬i cã nhiÖt ®é s«i thÊp h¬n cÊu tö khã bay h¬i nªn khi nång ®é cña nã t¨ng th× nhiÖt ®é s«i cña dung dÞch gi¶m. Tãm l¹i, theo chiÒu cao th¸p nång ®é cÊu tö dÔ bay h¬i (c¶ pha láng vµ pha h¬i) t¨ng dÇn, nång ®é cÊu tö khã bay h¬i (c¶ pha láng vµ pha h¬i) gi¶m dÇn, vµ nhiÖt ®é gi¶m dÇn. Cuèi cïng, ë ®Ønh th¸p ta sÏ thu ®−îc hçn hîp h¬i cã thµnh phÇn hÇu hÕt lµ cÊu tö dÔ bay h¬i cßn ë ®¸y th¸p ta sÏ thu ®−îc hçn hîp láng cã thµnh phÇn cÊu tö khã bay h¬i chiÕm tû lÖ lín. §Ó duy tr× pha láng trong c¸c ®Üa trong ®o¹n luyÖn, ta bæ xung b»ng dßng håi l−u ®−îc ng−ng tô tõ h¬i ®Ønh th¸p. H¬i ®Ønh th¸p ®−îc ng−ng tô nhê thiÕt bÞ ng−ng tô hoµn toµn 6, dung dÞch láng thu ®−îc sau khi ng−ng tô mét phÇn ®−îc dÉn håi l−u trë l¹i ®Üa luyÖn trªn cïng ®Ó duy tr× pha láng trong c¸c ®Üa ®o¹n luyÖn, phÇn cßn l¹i ®−îc ®−a qua thiÕt bÞ lµm l¹nh 7 ®Ó ®i vµo bÓ chøa s¶n phÈm ®Ønh 8. ChÊt láng ë ®¸y th¸p ®−îc th¸o ra ë ®¸y th¸p, sau ®ã mét phÇn ®−îc ®un s«i b»ng thiÕt bÞ gia nhiÖt ®¸y th¸p 9 vµ håi l−u vÒ ®Üa ®¸y th¸p, phÇn chÊt láng cßn l¹i ®−a vµo bÓ chøa s¶n phÈm ®¸y 10. N−íc ng−ng cña c¸c thiÕt bÞ gia nhiÖt ®−îc th¸o qua thiÕt bÞ th¸o n−íc ng−ng 11. Nh− vËy, thiÕt bÞ lµm viÖc liªn tôc (hçn hîp ®Çu ®−a vµo liªn tôc vµ s¶n phÈm còng ®−îc lÊy ra liªn tôc). 2 http://nuoc.com.vn II. S¬ ®å d©y chuyÒn : N−íc 6 3 N−íc l¹nh 5 7 H¬i ®èt N−íc N−íc l¹nh 4 9 11 N−íc ng−ng H¬i ®èt 11 2 1 N−íc ng−ng 10 8 Chó thÝch : 1- Thïng chøa hçn hîp ®Çu 2- B¬m 3- Thïng cao vÞ 4- ThiÕt bÞ gia nhiÖt hçn hîp ®Çu 5- Th¸p ch−ng luyÖn 6- ThiÕt bÞ ng−ng tô håi l−u 7- ThiÕt bÞ lµm l¹nh s¶n phÈm ®Ønh 8- Thïng chøa s¶n phÈm ®Ønh 9- ThiÕt bÞ gia nhiÖt ®¸y th¸p 10- Thïng chøa s¶n phÈm ®¸y 11- ThiÕt bÞ th¸o n−íc ng−ng 3 http://nuoc.com.vn tÝnh to¸n kü thuËt thiÕt bÞ chÝnh - Gi¶ thiÕt : - Sè mol pha h¬i ®i tõ d−íi lªn lµ b»ng nhau trong tÊt c¶ mäi tiÕt diÖn cña th¸p. - Sè mol chÊt láng kh«ng thay ®æi theo chiÒu cao ®o¹n ch−ng vµ ®o¹n luyÖn. - Hçn hîp ®Çu ®i vµo th¸p ë nhiÖt ®é s«i. - ChÊt láng ng−ng tô trong thiÕt bÞ ng−ng tô cã thµnh phÇn b»ng thµnh phÇn cña h¬i ®i ra ë ®Ønh th¸p. - CÊp nhiÖt ë ®¸y th¸p b»ng h¬i ®èt gi¸n tiÕp. - Yªu cÇu thiÕt bÞ : F : N¨ng suÊt thiÕt bÞ tÝnh theo l−îng hçn hîp ®Çu = 7500 = 2,083(kg/s). ThiÕt bÞ lµm viÖc ë ¸p suÊt th−êng, P = 1 at Th¸p lo¹i : Th¸p chãp - §iÒu kiÖn : a F : Nång ®é axeton trong hçn hîp ®Çu = 0,34% khèi l−îng. aP : Nång ®é axeton trong s¶n phÈm ®Ønh = 0,95% khèi l−îng. aW : Nång ®é axeton trong s¶n phÈm ®¸y = 0,03 % khèi l−îng. M1 : Khèi l−îng ph©n tö cña axeton = 58 kg/kmol. M2 : Khèi l−îng ph©n tö cña H2O =18 kg/kmol. I. TÝnh c©n b»ng vËt liÖu : 1/ TÝnh c©n b»ng vËt liÖu : Theo ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu cho toµn th¸p : 4 http://nuoc.com.vn F=P+W Vµ ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu cho riªng cÊu tö dÔ bay h¬i (Etylic): F.a F = P.a P + W.a W ⇒ L−îng s¶n phÈm ®¸y lµ : W = F ( a P − a F ) 2,083 . (0,95 − 0,34 ) = = 0, (kg/s) a P − aW 0,95 − 0,03 ⇒ L−îng s¶n phÈm ®Ønh lµ : P = F – W = 06667 – 0,458 = 0,2087 (kg/s) TÝnh l−îng hçn hîp ®Çu F’, l−îng s¶n phÈm ®Ønh P’, l−îng s¶n phÈm ®¸y W’ theo kmol/s : ⎛a 1 − aF F ' = ⎜⎜ F + M2 ⎝ M1 ⎞ ⎛ 0,30 0,7 ⎞ ⎟⎟.F = ⎜ + ⎟.0,6667 = 0,0302 (kmol / s ) 46 18 ⎝ ⎠ ⎠ ⎛a 1 − aP ⎞ ⎛ 0,95 0,05 ⎞ −3 ⎟⎟.P = ⎜ P ' = ⎜⎜ P + + ⎟.0,2087 = 4,889.10 (kmol / s ) M2 ⎠ 18 ⎠ ⎝ 46 ⎝ M1 W ' = F '− P' = 0,0302 − 4,889.10 −3 = 0,0253 (kmol / s ) 2/ TÝnh chØ sè håi l−u thÝch hîp, sè ®Üa lý thuyÕt : §æi nång ®é tõ phÇn khèi l−îng sang phÇn mol : xF = aF / M 1 30 / 46 = = 0,14360 a F / M 1 + (100 − a F ) / M 2 30 / 46 + 70 / 18 xP = aP / M 1 95 / 46 = = 0,8814 a P / M 1 + (100 − a P ) / M 2 95 / 46 + 5 / 18 xW = aW / M 1 0,4 / 46 = = 1,569.10 −3 aW / M 1 + (100 − aW ) / M 2 0,4 / 46 + 98 / 18 Dùa vµo ®−êng c©n b»ng láng-h¬i (néi suy), ta cã : yF* = 0,278092 5 http://nuoc.com.vn a/ ChØ sè håi l−u tèi thiÓu : Rmin xP − y F* 0,8814 − 0,278092 = * = = 4,4584 y F − xF 0,278092 − 0,1436 b/ ChØ sè håi l−u thÝch hîp : Cho R biÕn thiªn (R >Rmin), víi mçi gi¸ trÞ cña R ta x¸c ®Þnh ®−îc sè ®Üa lý thuyÕt t−¬ng øng : β 1,2 1,25 1,5 1,75 2,0 2,25 R 5,3832 5,6075 6,729 7,8505 8,972 10,0935 N 28 27 23 22 21 20 178,7296 178,4025 177,764 194,711 209,412 221,87 N(R+1) 2,5 11,215 19 232,685 R β = HÖ sè hiÖu chØnh : R min Tõ b¶ng sè liÖu, ta x©y dùng ®å thÞ biÓu diÔn mèi quan hÖ R – N(R+1). Dùa vµo ®å thÞ , ta x¸c ®Þnh ®−îc Rth = 6,729 c/ Ph−¬ng tr×nh ®−êng nång ®é lµm viÖc : - §−êng nång ®é lµm viÖc ®o¹n ch−ng : L−îng hçn hîp ®Çu tÝnh theo 1 kmol s¶n phÈm ®Ønh : f = 0,302 F' = = 6,1771 P ' 4,889.10 −3 6 http://nuoc.com.vn Ph−¬ng tr×nh : y= 6,729 + 6,1771 6,1771 − 1 R+ f f −1 x− xW = x− .0,001569 R +1 R +1 6,729 + 1 6,729 + 1 ⇒ y = 1,6698 x − 0,001051 - §−êng nång ®é lµm viÖc ®o¹n luyÖn : Ph−¬ng tr×nh : y= x R 6,729 0,8814 x+ P = x+ R +1 R + 1 6,729 + 1 6,729 + 1 ⇒ y = 0,8706 x + 0,114 d/ Sè ®Üa lý thuyÕt : Víi Rth = 6,729 dùa vµo ®−êng c©n b»ng vµ ®−êng lµm viÖc, ta x¸c ®Þnh ®−îc sè ®Üa lý thuyÕt. NLT =23 Trong ®ã : sè ®Üa ®o¹n ch−ng :2 sè ®Üa ®o¹n luyÖn : 21 II. §−êng kÝnh cña th¸p : 1/ L−u l−îng trung b×nh c¸c dßng pha ®i trong th¸p : a/ Trong ®o¹n luyÖn : Sè liÖu : GP : L−îng s¶n phÈm ®Ønh (P’) = 4,889.10-3 (kmol/s). R : HÖ sè håi l−u thÝch hîp = 6,729 GR : L−îng håi l−u = GP . R (kmol/s) ♦ L−îng h¬i ra khái ®Ønh th¸p g® : g® = GR + GP = GP . (R + 1) = 4,889.10-3 . (6,729+ 1) = 0,0952 (kmol/h) 7 http://nuoc.com.vn ♦ L−îng h¬i ®i vµo ®o¹n luyÖn g1 , nång ®é h¬i y1 , l−îng láng G1 ®èi víi ®Üa thø nhÊt cña ®o¹n luyÖn, nång ®é láng x1 : Coi x1 = xF = 0,1740 Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu : g1 = G1 + GP (1) Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu víi cÊu tö dÔ bay h¬i (etylic) : g1 y1 = G1 x1 + GP xP (2) Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt l−îng : g1 r1 = g® r® (3) r1 : Èn nhiÖt hãa h¬i cña hçn hîp h¬i ®i vµo ®Üa luyÖn thø nhÊt (kcal/kmol) r® : Èn nhiÖt ho¸ h¬i cña hçn hîp h¬i ®i ra khái ®Ønh th¸p (kcal/kmol) Gäi : rA : Èn nhiÖt hãa h¬i cña Etylic rB : Èn nhiÖt ho¸ h¬i cña H2O. Tõ ®å thÞ (t,x,y) ta cã : - NhiÖt ®é s«i cña hçn hîp ®Ønh (x = xP = 0,8814): tP = 78,12720C Néi suy theo b¶ng r – to (I-301) víi to = 78,1272°C : ⎧r = 198 (kcal/kg) = 198.M A (kcal/kmol) = 9108 (kcal/kmol) ⇒⎨A ⎩rB = 508 (kcal/kg) = 508.M B (kcal/kmol) = 9126 (kcal/kmol) ⇒ r® = rA . y® + rB (1 - y®) = 9108 . 0,8814 + 9126 .(1- 0,8814) = 9110,1348 (kcal/kmol) - NhiÖt ®é s«i cña hçn hîp ®Çu (x = xF = 0,1436): tF = 84,6028°C Néi suy theo b¶ng r – to (I-301) víi to = 84,6028°C : ⎧rA = 193 (kcal/kg) = 193.M A (kcal/kmol) = 8878 (kcal/kmol) ⇒⎨ ⇒ rl = ⎩rB = 446 (kcal/kg) = 446.M B (kcal/kmol) = 8028 (kcal/kmol) rA . yl + rB (1 – yl) = 8878 . yl 8028 . (1 – yl) Thay rl vµo (3) vµ gi¶i hÖ 3 ph−¬ng tr×nh trªn (Èn yl, gl, Gl), ta ®−îc : 8 http://nuoc.com.vn ⎧G1 = 0,1011 (kmol/s) ⎪ ⇒ ⎨ g1 = 0,106 (kmol/s) ⎪ y = 0,1776 ⎩ 1 ⇒ L−îng h¬i trung b×nh ®i trong ®o¹n luyÖn : g tbL = g d + g1 0,0952 + 0,106 = = 0,1006 (kmol/s) 2 2 ⇒ L−îng láng trung b×nh ®i trong ®o¹n luyÖn : GR + G1 (6,729 + 1).4,889.10 −3 + 0,1011 = = = 0,0956 (kmol/s) 2 2 GtbL b/ Trong ®o¹n ch−ng : Sè liÖu : GW : L−îng s¶n phÈm ®¸y (W’) = 0,0253 (kmol/s) g1, , nång ®é h¬i y 1, , l−îng láng G1' ®èi víi ®Üa thø nhÊt , cña ®o¹n ch−ng, nång ®é láng x 1 , l−îng h¬i ra khái ®o¹n ch−ng chÝnh lµ l−îng h¬i ®i ♦ L−îng h¬i ®i vµo ®o¹n ch−ng vµo ®o¹n luyÖn g1 : Ta cã y1 = y W lµ nång ®é c©n b»ng øng víi xW , néi suy theo b¶ng sè liÖu ®−êng c©n b»ng (II-145) : , * ⇒ y1 = yW = 0,001856 , * Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu : G1' = g1' + G W (1’) Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu víi cÊu tö dÔ bay h¬i (etylic) : G1' x1' = g1' y1' + G W x W (2’) Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt l−îng : g1' r1' = g1r1 (3’) rl : Èn nhiÖt hãa h¬i cña hçn hîp h¬i ra khái ®o¹n ch−ng. 9 http://nuoc.com.vn ⇒ rl = rA . yl + rB (1 – yl) = 8878 . 0,1776 + 8028 . (1 – 0,1776) = 8660,64 (kcal/kmol) r1’: Èn nhiÖt ho¸ h¬i cña hçn hîp h¬i ®i vµo ®Üa ch−ng thø nhÊt. Tõ b¶ng sè liÖu x – to s«i dd (II-145), néi suy ta cã: NhiÖt ®é s«i hçn hîp ®¸y (x = xW = 0,001569): tW = 99,6007°C Néi suy theo b¶ng r – to (I-301) víi to = 99,6007°C : ⎧rA = 191 (kcal/kg) = 191.M A (kcal/kmol) = 8786 (kcal/kmol) ⇒⎨ ⎩rB = 503 (kcal/kg) = 503.M B (kcal/kmol) = 9054 (kcal/kmol) ⇒ Èn nhiÖt hãa h¬i cña hçn hîp h¬i ®i vµo ®Üa ch−ng thø nhÊt : rl’ = rA . yl’ + rB (1 – yl’) = 8786.0,001569 + 9054 . (1 – 0,001569) = 9050,596 (kcal/kmol) (3' ) ⇒ g1' = g1 r1 8660,64 = 0,106. = 0,1014(kmol/s) ' r1 9050,596 (1' ) ⇒ G1' = g1' + GW = 0,1014 + 0,0253 = 0,1267 (kmol/s) ⇒ L−îng h¬i trung b×nh ®i trong ®o¹n ch−ng : g1 + g1' 0,106 + 0,1014 = = = 0,1037 (kmol/s) 2 2 g tbC ⇒ L−îng láng trung b×nh ®i trong ®o¹n ch−ng : GtbC (G1 + GF ) + G1' (0,1011 + 0,0301) + 0,1267 = = = 0,129(kmol/s) 2 2 2/ VËn tèc h¬i ®i trong th¸p : Tèc ®é khÝ ®i trong th¸p chãp x¸c ®Þnh theo: ( ρ Y . ωY )tb=0,065. ϕ . [σ ] . h.ρ xtb .ρ ytb (Kg/m2.s) [II.184] ρ xtb : Khèi l−îng riªng trung b×nh pha láng (kg/ m3) 10 http://nuoc.com.vn ρ ytb : Khèi l−îng riªng trung b×nh pha h¬i (kg/ m3) h : Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c ®Üa (m) a/ Khèi l−îng riªng trung b×nh pha láng : 1 a 1 − a tb1 = tb1 + ρ xtb ρ xtb1 ρ xtb 2 [II.184] Trong ®ã : ρ xtb : Khèi l−îng riªng trung b×nh pha láng (kg/ m3) ρ xtb1 : Khèi l−îng riªng trung b×nh cÊu tö 1 (kg/ m3) ρxtb2 : Khèi l−îng riªng trung b×nh cÊu tö 2 (kg/ m3) a tb1 : Nång ®é khèi l−îng trung b×nh cÊu tö 1 (kg/ kg) - §o¹n luyÖn : Nång ®é trung b×nh pha láng ®o¹n luyÖn : xtbL = x F + x P 0,1436 + 0,8814 = = 0,5125 2 2 Néi suy víi xtbL theo b¶ng sè liÖu nång ®é – to s«i dung dÞch (II-145) : ⇒ NhiÖt ®é trung b×nh ®o¹n luyÖn : ttbL = 79,9144°C ⇒ Khèi l−îng riªng cña Etylic vµ N−íc theo t = ttbL : ρxL2 = 974,8376 (kg/m3) ρxL1 = 737,5 (kg/m3) [I.7] ⇒ Nång ®é khèi l−îng trung b×nh cña Etylic ®o¹n luyÖn : atbL = ⇒ ρ xL a F + a P 0,30 + 0,95 = = 0,625 2 2 ⎛a 1 − atbL = ⎜⎜ tbL + ρ xL 2 ⎝ ρ xL1 ⎞ ⎟⎟ ⎠ −1 ⎛ 0,625 1 − 0,625 ⎞ =⎜ + ⎟ ⎝ 737,5 974,8376 ⎠ −1 = 811,598 (kg/m3) - §o¹n ch−ng : 11 http://nuoc.com.vn Nång ®é trung b×nh pha láng ®o¹n ch−ng : xtbC = xW + x F 0,001569 + 0,1436 = = 0,0725 2 2 Néi suy víi xtbC theo b¶ng sè liÖu nång ®é – to s«i dung dÞch (II-145) : ⇒ NhiÖt ®é trung b×nh ®o¹n ch−ng : ttbC = 88,344°C ⇒ Khèi l−îng riªng cña Etylic vµ N−íc theo t = ttbC : ρ xC 1 = 727 ρ xC 2 = 967 ,5537 (kg/m3) (kg/m3) [ I.10] ⇒ Nång ®é khèi l−îng trung b×nh cña Etylic ®o¹n luyÖn : atbC = ⇒ ρ xC aW + a F 0,004 + 0,30 = = 0,17 2 2 ⎛a 1 − atbC = ⎜⎜ tbC + ρ xC 2 ⎝ ρ xC1 ⎞ ⎟⎟ ⎠ −1 ⎛ 0,17 1 − 0,17 ⎞ =⎜ + ⎟ ⎝ 727 967,5537 ⎠ −1 = 916,0267 (kg/m3) b/ Khèi l−îng riªng trung b×nh pha h¬i : - §o¹n luyÖn : Nång ®é pha h¬i ®Çu ®o¹n luyÖn lµ : y®L = y1 = 0,1776 Nång ®é pha h¬i cuèi ®o¹n luyÖn lµ : ycL = yP = xP = 0,8814 ⇒ Nång ®é trung b×nh pha h¬i ®o¹n luyÖn : ytbL = ydL + ycL 0,1776 + 0,8814 = = 0,5295 2 2 ⇒ Khèi l−îng mol trung b×nh h¬i ®o¹n luyÖn : M yL = ytbL.M1+(1- ytbL).M2 = 0,5295 . 46 + (1- 0,5295).18 = 32,826 (kg/kmol) → Khèi l−îng riªng trung b×nh pha h¬i ®o¹n luyÖn : ρ yL = M yL . TO 32,826 . 273 = = 1,1796 (kg/m3) 22,4.(TO + t tbL ) 22,4.( 273 + 79,9144) - §o¹n ch−ng : 12 http://nuoc.com.vn Nång ®é pha h¬i ®Çu ®o¹n ch−ng lµ : y dC = y1 = 0,01856 ' Nång ®é pha h¬i cuèi ®o¹n ch−ng lµ : ycC = y1 = 0,1776 ⇒ Nång ®é trung b×nh pha h¬i ®o¹n luyÖn : ytbC = ydC + ycC 0,01856 + 0,1776 = = 0,09808 2 2 → Khèi l−îng mol trung b×nh h¬i ®o¹n ch−ng : M yC = ytbC.M1+(1-ytbC).M2 = 0,09808.46+(1– 0,09808).18 =45,4624 (kg/kmol) → Khèi l−îng riªng trung b×nh pha h¬i ®o¹n ch−ng : M yC . TO 45,4624 . 273 = = 1,5333 (kg/m3) 22,4.(TO + ttbC ) 22,4.(273 + 88,344) ρ yC = Søc c¨ng bÒ mÆt tÝnh theo c«ng thøc: 1 σ hh = 1 σ1 + 1 [I.360] σ2 Søc c¨ng bÒ mÆt cña N−íc: σ 2 = 62,933.10-3 (N/m) = 62,933 Søc c¨ng bÒ mÆt cña Etylic: σ 1 = 17,88.10-3(N/m) = 17,88 σ hh = ( 1 σ1 + 1 σ2 )-1 = ( dyn cm [I.361] dyn cm 1 1 dyn dyn )-1 = 13,924 < 20 + 17,88 62,933 cm cm VËy hÖ sè tÝnh ®Õn søc c¨ng bÒ mÆt ϕ .[σ ] = 0,8 Chän h = 0,45 (m) Tèc ®é khÝ cña h¬i ®o¹n luyÖn: (ρ Thay sè: y (ρ .ω y ) tbl = 0,065. ϕ . [σ ] . h.ρ xtbl .ρ ytbl y (Kg/m2.s) .ω y ) tbl = 0,065.0,8. 0,45.811,598.1,1336 = 1,3235(Kg/m2.s) Tèc ®é khÝ cña h¬i ®o¹n ch−ng: (ρ y .ω y ) tbc = 0,065. ϕ . [σ ] . h.ρ xtbc .ρ ytbc (Kg/m2.s) Thay sè: (ρ y .ω y ) tbc = 0,065.0,8. 0,45.916,0267.1,5333 = 1,6341(Kg/m2.s) 13 http://nuoc.com.vn 3/ §−êng kÝnh th¸p : D = 0,0188 g tb (ρ y wy )tb (m) [II.181] Trong ®ã : gtb : L−îng h¬i trung b×nh ®i trong th¸p (kg/h) - §o¹n luyÖn : Khèi l−îng mol trung b×nh pha h¬i : M yL = 32,826 (kg/kmol) L−u l−îng h¬i trung b×nh : gtbL = 0,1006 (kmol/s) ⇒ g tb = g tbL . M yL = 32,826.0,1006.3600 = 11888,2641 (kg/h) - §o¹n ch−ng : Khèi l−îng mol trung b×nh pha h¬i : M yC = 45,4624 (kg/kmol) L−u l−îng h¬i trung b×nh : gtbC = 0,1037 (kmol/s) ⇒ g tb = g tbC . M yC = 45,4624.0,1037.3600 = 16972,0231 (kg/h) w y : VËn tèc h¬i trung b×nh ®i trong th¸p (m/s) ρ y : Khèi l−îng riªng trung b×nh cña h¬i ®i trong th¸p (kg/m3) ⇒ §−êng kÝnh ®o¹n luyÖn : DL = 0,0188 g tb 11888,2641 = 0,0188 = 1,78 (m) 1,3225 ρ yL wL ⇒ §−êng kÝnh ®o¹n ch−ng : DC = 0,0188 g tb 16972,0231 = 0,0188 = 1,9 (m) ρ yC wC 1,6341 14 http://nuoc.com.vn V× ®−êng kÝnh hai ®o¹n ch−ng vµ luyÖn sai kh¸c nhau kh«ng ®¸ng kÓ, chuÈn hãa ta chän ®−êng kÝnh cho c¶ th¸p : D = 2 (m) III. Sè ®Üa thùc tÕ vμ chiÒu cao th¸p : 1/ HÖ sè khuÕch t¸n : a/ HÖ sè khuÕch t¸n trong pha láng: ♦ HÖ sè khuÕch t¸n trong pha láng ë 20oC: 1.10-6 . D 20 x = 1 1 + MA MB AB μ B .( v1A/ 3 + v1B/ 3 )2 (m2/s) [SCS.t12] Trong ®ã : A,B : HÖ sè liªn hîp cña chÊt tan vµ dung m«i : A= 2; B= 4,7 MA, MB : Khèi l−îng mol cña Etylic vµ n−íc (kg/kmol) MA = 46(kg/kmol) ; MB = 18 (kg/kmol) μB : §é nhít cña dung m«i ë 20oC (cP) : μH 2 0, 20 0 C = 1 (cP) vA, vB : ThÓ tÝch mol cña Etylic vµ N−íc (cm3/mol) vA = 2.14,8 + 6.3,7 + 1.7,4 =59,2 (cm3/mol) vB = 2.4,7 + 7,4 = 14,8 (cm3/mol) 1 1 + 46 18 20 ⇒ Dx = = 2,0376.10 −10 (m2/s) 1/ 3 1/ 3 2 2.4,7. 1 .(59,2 + 14,8 ) 1.10-6 . ♦ HÖ sè khuÕch t¸n ë nhiÖt ®é x¸c ®Þnh t: D tx = D 20 x [1 + b ( t − 20 )] HÖ sè nhiÖt ®é : b= [SCS.t12] 0,2 μ 3 ρ 15 http://nuoc.com.vn μ : §é nhít cña dung m«i ë 20oC (cP) : μH 2 O, 20 0 C = 1 (cP) ρ : Khèi l−îng riªng cña dung m«i ë 20oC (kg/m3) μH 2 O, 20 0 C = 1000 (kg/m3) ⇒b= 0,2 1 = 0,02 3 1000 ⇒ HÖ sè khuÕch t¸n trong pha láng ®o¹n ch−ng : t = ttbC = 88,344°C DxC = 2,0376 .10 −10 [1 + 0,02(88,344 − 20)] = 4,822.10 −10 (m2/s) ⇒ HÖ sè khuÕch t¸n trong pha láng ®o¹n luyÖn : t = ttbL = 79,9144°C DxL = 2,0376.10 −10 [1 + 0,02(79,9144 − 20)] = 4,479.10 −10 (m2/s) b/ HÖ sè khuÕch t¸n trong pha h¬i: HÖ sè khuÕch t¸n cña khÝ trong khÝ 0,0043.10 −4. T 1,5 Dy = p .( v1A/ 3 + v1B/ 3 )2 1 1 2 + M A M B (m /s) Trong ®ã : MA, MB : Khèi l−îng mol cña Etylic vµ N−íc (kg/kmol) MA = 46 (kg/kmol) MB = 18 (kg/kmol) vA, vB : ThÓ tÝch mol cña Etylic vµ N−íc (cm3/mol) vA = 59,2 (cm3/mol) vB = 14,8 (cm3/mol) P : ¸p suÊt tuyÖt ®èi cña hçn hîp : P = P0 = 1 (atm) T : NhiÖt ®é tuyÖt ®èi cña hçn hîp : T = 273 + t (oK) ⇒ HÖ sè khuÕch t¸n trong pha h¬i ®o¹n ch−ng : t = ttbC = 88,344°C D yC 0,0043.10 −4.(273 + 88,344)1,5 = 1.(59,21/ 3 + 14,81/ 3 ) 2 1 1 + = 2,0348.10 −5 (m2/s) 46 18 ⇒ HÖ sè khuÕch t¸n trong pha h¬i ®o¹n luyÖn : t = ttbL = 79,9144°C 16 http://nuoc.com.vn 0,0043.10 −4.(273 + 79,9144)1,5 D yL = 1.(59,21/ 3 + 181 / 3 ) 2 1 1 + = 1,964.10 −5 (m2/s) 46 18 2/ HÖ sè cÊp khèi : a/ §é nhít cña hçn hîp h¬i : μ hh ⎛ y.M1 (1 − y).M 2 ⎞ ⎟⎟ = M hh .⎜⎜ + μ2 ⎝ μ1 ⎠ −1 [I.94] Trong ®ã : y : Nång ®é Etylic trong pha h¬i : - §o¹n ch−ng : y = ytbC = 0,9808 - §o¹n luyÖn : y = ytbL = 0,5259 Mhh : Träng l−îng ph©n tö cña hçn hîp khÝ : - §o¹n ch−ng : M hh = M yC = 45,4624 (kg/kmol) - §o¹n luyÖn : M hh = M yL = 32,826 (kg/kmol) M1, M2 : Träng l−îng ph©n tö cña Etylic vµ N−íc : M1 = 46 (kg/kmol) M2 = 18 (kg/kmol) μ1, μ2 : §é nhít cña Etylic vµ N−íc : - §o¹n ch−ng : t = ttbC = 88,324°C theo b¶ng 1.102 – I.134: μ1 = 0,0117.10-3(Ns/m2) μ2 = 0,3226.10-3(Ns/m2) - §o¹n luyÖn : t = ttbL = 79,9144°C theo b¶ng (I-134): μ1 = 0,011310-3 (Ns/m2) μ2 = 0,3569.10-3 (Ns/m2) ⇒ §é nhít hçn hîp h¬i ®o¹n ch−ng lµ : −1 μ hh ⎛ 0,9808.46 (1 − 0,9808).18 ⎞ = 45,4624.⎜ + ⎟ = 1,1786.10 −5 (Ns/m2) −3 −3 0,3226.10 ⎠ ⎝ 0,0117.10 ⇒ §é nhít hçn hîp h¬i ®o¹n luyÖn lµ : 17 http://nuoc.com.vn −1 μ hh (1 − 0,5295).18 ⎞ ⎛ 0,5295.46 = 32,826.⎜ + ⎟ = 1,5063.10 −5 (Ns/m2) −3 −3 0,3569.10 ⎝ 0,0113.10 ⎠ b/ §é nhít cña hçn hîp láng : lg μhh = x. lg μ1 + (1 − x). lg μ2 [I.93] Trong ®ã : x : Nång ®é phÇn mol cña Etylic trong hçn hîp : - §o¹n ch−ng : x = xtbC = 0,0725 - §o¹n luyÖn : x = xtbL = 0,5125 μ1, μ2 : §é nhít ®éng lùc cña Etylic vµ N−íc : - §o¹n ch−ng : t = ttbC = 88,344°C theo b¶ng vµ to¸n ®å (I-102): μ2 = 0,295 (cP) μ1 = 0,37 (cP) - §o¹n luyÖn : t = ttbL = 79,9144°C theo b¶ng vµ to¸n ®å (I-102): μ2 = 0,34 (cP) μ1 = 0,435 (cP) ⇒ §é nhít hçn hîp láng ®o¹n ch−ng : lg(μhh) = 0,0725 . lg(0,365.10-3) + (1- 0,091) . lg(0,298.10-3) = - 3,523 μhh = 2,9988 . 10-4 (Ns/m2) ⇒ §é nhít hçn hîp láng ®o¹n luyÖn : lg(μhh) = 0,5125 . lg(0,435.10-3) + (1- 0,5125) . lg(0,34.10-3) = - 3,4136 μhh = 3,856 . 10-4 (Ns/m2) c/ ChuÈn sè Reynolt ®èi víi pha h¬i : Re y = w y . h .ρ y μy [II.164] Trong ®ã : 18 http://nuoc.com.vn w y : Tèc ®é h¬i tÝnh cho mÆt c¾t tù do cña th¸p (m/s) - §o¹n ch−ng : w y = w C = 1,0168 (m/s) - §o¹n luyÖn : w y = w L = 1,1698 (m/s) h : KÝch th−íc dµi, chÊp nhËn b»ng 1m ρ y : Khèi l−îng riªng trung b×nh cña h¬i (kg/m3) - §o¹n ch−ng : ρ y = ρ yC = 1,5333 ( kg / m 3 ) - §o¹n luyÖn : ρ y = ρ yL = 1,1336 ( kg / m 3 ) μ y : §é nhít trung b×nh cña h¬i (Ns/m2) ⇒ ChuÈn sè Reynolt ®èi víi pha h¬i ®o¹n ch−ng lµ : Re y = 1,6341 = 1,3864.10 5 −5 1,1786.10 ⇒ ChuÈn sè Reynolt ®èi víi pha h¬i ®o¹n luyÖn lµ : Re y = 1,3225 = 0,8779.105 −5 1,5036.10 d/ ChuÈn sè Prand ®èi víi pha láng : Prx = μx ρ x .D x [II.165] Trong ®ã : ρ x : Khèi l−îng riªng trung b×nh cña láng (kg/m3) - §o¹n ch−ng : ρx = ρxC = 916,0267 (kg/m3) - §o¹n luyÖn : ρx = ρxL = 811,598 (kg/m3) Dx : HÖ sè khuÕch t¸n trung b×nh trong pha láng (m2/s) 19 http://nuoc.com.vn