Luận văn Tốt nghiệp Chưng luyện để tách hỗn hộp các cấu tử trong công nghiệp

Luận văn tốt nghiệp Đề tài: Chưng luyện để tỏch hỗn hộp cỏc cấu tử trong cụng nghiệp 1 mục lục Phần mở đầu 2 Vẽ và thuyết minh dây chuyền 2 Tính toán thiết bị chính 6 I.Tính cân bằng vật liệu 6 II.Đ−ờng kính tháp 8 III.Số đĩa thực tế và chiều cao tháp 14 IV. Tính toán cơ khí 21 V. Trở lực 36 Cân bằng nhiệt 41 I. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 41 II.Tháp ch−ng luyên 42 III. Thiết bị ng−ng tụ 45 IV.Thiết bị làm lạnh 45 Tính và chọn thiết bị phụ 46 I. Tính và chon thiết bị gi nhiệt 47 II.Tính bơm 43 Kết lụân 62 Tài liệu tham khảo 63 Phụ lục 64 2 Phần mở đầu Trong công nghiệp, việc phân tách các cấu tử từ hỗn hợp ban đầu là rất cần thiết nhằm mục đích hoàn thiện, khai thác, chế biến... Có rất nhiều ph−ơng pháp phân tách các cấu tử trong công nghiệp, trong đó có ph−ơng pháp ch−ng luyện là một trong những ph−ơng pháp hay đ−ợc sử dụng. Ch−ng là ph−ơng pháp tách các cấu tử từ hỗn hợp ban đầu dựa vào độ bay hơi khác nhau của chúng trong hỗn hợp. Hỗn hợp này có thể là chất lỏng hoặc chất khí, th−ờng khi ch−ng một hỗn hợp có bao nhiêu cấu tử ta sẽ thu đ−ợc bấy nhiêu sản phẩm. Với hỗn hợp có hai cấu tử ta sẽ thu đ−ợc hai sản phẩm là sản phẩm đỉnh gồm phần lớn là cấu tử dễ bay hơi và sản phẩm đáy chứa phần lớn là cấu tử khó bay hơi. Trong thực tế có thể gặp rất nhiều kiểu ch−ng khác nhau nh− : ch−ng bằng hơi n−ớc trực tiếp, ch−ng đơn giản, ch−ng luyện... Ch−ng luyện là ph−ơng pháp ch−ng phổ biến nhất dùng để tách hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hoà tan hoàn toàn hoặc một phần vào nhau. vẽ vμ thuyết minh dây chuyền sản xuất I. Thuyết minh dây chuyền sản xuất : Hỗn hợp đầu từ thùng chứa 1 đ−ợc bơm 2 bơm liên tục lên thùng cao vị 3. Mức chất lỏng cao nhất ở thùng cao vị đ−ợc khống chế nhờ ống chảy tràn. Từ thùng cao vị, hỗn hợp đầu (đ−ợc điều chỉnh nhờ van và l−u l−ợng kế) qua thiết bị đun nóng dung dịch 4. Tại đây, dung dịch đ−ợc gia nhiệt bằng hơi n−ớc bão hoà đến nhiệt độ sôi. Sau đó, dung dịch đ−ợc đ−a vào tháp ch−ng luyện qua đĩa tiếp liệu. Tháp ch−ng luyện gồm hai phần : phần từ đĩa tiếp liệu trở lên trên là đoạn luyện, còn từ đĩa tiếp liệu trở xuống là đoạn ch−ng. Nh− vậy, ở trong tháp, pha lỏng đi từ trên xuống tiếp xúc với pha hơi đi từ d−ới lên. Hơi bốc từ đĩa d−ới lên qua các lỗ đĩa trên và tiếp xúc với pha lỏng của đĩa trên, ng−ng tụ một phần, vì thế nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng tăng dần theo chiều cao tháp. Vì nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong lỏng tăng nên nồng độ của nó trong hơi do lỏng bốc lên cũng tăng. Cấu tử dễ bay hơi có nhiệt độ sôi thấp hơn cấu tử khó bay hơi nên khi nồng độ của nó tăng thì nhiệt độ sôi của dung dịch giảm. Tóm lại, theo chiều cao tháp nồng độ cấu tử dễ bay hơi (cả pha lỏng và pha hơi) tăng dần, nồng độ cấu tử khó bay hơi (cả pha lỏng và pha hơi) giảm dần, và nhiệt độ giảm dần. Cuối cùng, ở đỉnh tháp ta sẽ thu đ−ợc hỗn hợp hơi có thành phần hầu hết là cấu tử dễ bay hơi còn ở đáy tháp ta sẽ thu đ−ợc hỗn hợp lỏng có thành phần cấu tử khó bay hơi chiếm tỷ lệ lớn. Để duy trì pha lỏng trong các đĩa trong đoạn luyện, ta bổ xung bằng dòng hồi l−u đ−ợc ng−ng tụ từ hơi đỉnh tháp. Hơi đỉnh tháp đ−ợc ng−ng tụ nhờ thiết bị ng−ng tụ hoàn toàn 6, dung dịch lỏng thu đ−ợc sau khi ng−ng tụ một phần đ−ợc dẫn hồi l−u trở lại đĩa luyện trên cùng để duy trì pha lỏng trong các đĩa đoạn luyện, phần còn lại đ−ợc đ−a qua thiết bị làm lạnh 7 để đi vào bể chứa sản phẩm đỉnh 8. Chất lỏng ở đáy tháp đ−ợc tháo ra ở đáy tháp, sau đó một phần đ−ợc đun sôi bằng thiết bị gia nhiệt đáy tháp 9 và hồi l−u về đĩa đáy tháp, phần chất lỏng còn lại đ−a vào bể chứa sản phẩm đáy 10. N−ớc ng−ng của các thiết bị gia nhiệt đ−ợc tháo qua thiết bị tháo n−ớc ng−ng 11. Nh− vậy, thiết bị làm việc liên tục (hỗn hợp đầu đ−a vào liên tục và sản phẩm cũng đ−ợc lấy ra liên tục). 3 II. Sơ đồ dây chuyền : H ơi đốt N−ớc ng−ng 12 3 4 5 10 6 7 8 9 H ơi đ ốt N−ớc lạnh N−ớc N−ớc ng−ng 11 11 N−ớc lạnh N−ớc Chú thích : 1- Thùng chứa hỗn hợp đầu 2- Bơm 3- Thùng cao vị 4- Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 5- Tháp ch−ng luyện 6- Thiết bị ng−ng tụ hồi l−u 7- Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh 8- Thùng chứa sản phẩm đỉnh 9- Thiết bị gia nhiệt đáy tháp 10- Thùng chứa sản phẩm đáy 11- Thiết bị tháo n−ớc ng−ng 4 tính toán kỹ thuật thiết bị chính - Giả thiết : - Số mol pha hơi đi từ d−ới lên là bằng nhau trong tất cả mọi tiết diện của tháp. - Số mol chất lỏng không thay đổi theo chiều cao đoạn ch−ng và đoạn luyện. - Hỗn hợp đầu đi vào tháp ở nhiệt độ sôi. - Chất lỏng ng−ng tụ trong thiết bị ng−ng tụ có thành phần bằng thành phần của hơi đi ra ở đỉnh tháp. - Cấp nhiệt ở đáy tháp bằng hơi đốt gián tiếp. - Yêu cầu thiết bị : F : Năng suất thiết bị tính theo l−ợng hỗn hợp đầu = 7500 = 2,083(kg/s). Thiết bị làm việc ở áp suất th−ờng, P = 1 at Tháp loại : Tháp chóp - Điều kiện : Fa : Nồng độ axeton trong hỗn hợp đầu = 0,34% khối l−ợng. Pa : Nồng độ axeton trong sản phẩm đỉnh = 0,95% khối l−ợng. Wa : Nồng độ axeton trong sản phẩm đáy = 0,03 % khối l−ợng. 1M : Khối l−ợng phân tử của axeton = 58 kg/kmol. 2M : Khối l−ợng phân tử của H2O =18 kg/kmol. I. Tính cân bằng vật liệu : 1/ Tính cân bằng vật liệu : Theo ph−ơng trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp : 5 F = P + W Và ph−ơng trình cân bằng vật liệu cho riêng cấu tử dễ bay hơi (Etylic): WPF a.Wa.Pa.F += ⇒ L−ợng sản phẩm đáy là : (kg/s) ,0 03,095,0 )34,095,0( . 2,083)( =− −=− −= WP FP aa aaFW ⇒ L−ợng sản phẩm đỉnh là : P = F – W = 06667 – 0,458 = 0,2087 (kg/s) Tính l−ợng hỗn hợp đầu F’, l−ợng sản phẩm đỉnh P’, l−ợng sản phẩm đáy W’ theo kmol/s : )/( 0302,06667,0.18 7,0 46 30,0.1' 21 skmolF M a M aF FF =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+= )/( 10.889,42087,0.18 05,0 46 95,0.1' 3 21 skmolP M a M aP PP −=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+= )/( 0253,010.889,40302,0''' 3 skmolPFW =−=−= − 2/ Tính chỉ số hồi l−u thích hợp, số đĩa lý thuyết : Đổi nồng độ từ phần khối l−ợng sang phần mol : 14360,018/7046/30 46/30 /)100(/ / 21 1 =+=−+= MaMa Max FF F F 8814,018/546/95 46/95 /)100(/ / 21 1 =+=−+= MaMa Max PP P P 3 21 1 10.569,1 18/9846/4,0 46/4,0 /)100(/ / −=+=−+= MaMa Max WW W W Dựa vào đ−ờng cân bằng lỏng-hơi (nội suy), ta có : 278092,0* =Fy 6 a/ Chỉ số hồi l−u tối thiểu : 4584,41436,0278092,0 278092,08814,0 * * min =− −=− −= FF FP xy yxR b/ Chỉ số hồi l−u thích hợp : Cho R biến thiên (R >Rmin), với mỗi giá trị của R ta xác định đ−ợc số đĩa lý thuyết t−ơng ứng : β 1,2 1,25 1,5 1,75 2,0 2,25 2,5 R 5,3832 5,6075 6,729 7,8505 8,972 10,0935 11,215 N 28 27 23 22 21 20 19 N(R+1) 178,7296 178,4025 177,764 194,711 209,412 221,87 232,685 Hệ số hiệu chỉnh : minR R=β Từ bảng số liệu, ta xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ R – N(R+1). Dựa vào đồ thị , ta xác định đ−ợc Rth = 6,729 c/ Ph−ơng trình đ−ờng nồng độ làm việc : - Đ−ờng nồng độ làm việc đoạn ch−ng : L−ợng hỗn hợp đầu tính theo 1 kmol sản phẩm đỉnh : 1771,610.889,4 302,0 ' ' 3 === −P Ff 7 Ph−ơng trình : 001569,0. 1729,6 11771,6 1729,6 1771,6729,6 1 1 1 + −−+ +=+ −−+ += xx R fx R fRy W 001051,06698,1 −=⇒ xy - Đ−ờng nồng độ làm việc đoạn luyện : Ph−ơng trình : 1729,6 8814,0 1729,6 729,6 11 +++=+++= xR xx R Ry P 114,08706,0 +=⇒ xy d/ Số đĩa lý thuyết : Với Rth = 6,729 dựa vào đ−ờng cân bằng và đ−ờng làm việc, ta xác định đ−ợc số đĩa lý thuyết. NLT =23 Trong đó : số đĩa đoạn ch−ng :2 số đĩa đoạn luyện : 21 II. Đ−ờng kính của tháp : 1/ L−u l−ợng trung bình các dòng pha đi trong tháp : a/ Trong đoạn luyện : Số liệu : GP : L−ợng sản phẩm đỉnh (P’) = 4,889.10-3 (kmol/s). R : Hệ số hồi l−u thích hợp = 6,729 GR : L−ợng hồi l−u = GP . R (kmol/s) ♦ L−ợng hơi ra khỏi đỉnh tháp gđ : gđ = GR + GP = GP . (R + 1) = 4,889.10 -3 . (6,729+ 1) = 0,0952 (kmol/h) 8 ♦ L−ợng hơi đi vào đoạn luyện g1 , nồng độ hơi y1 , l−ợng lỏng G1 đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện, nồng độ lỏng x1 : Coi x1 = xF = 0,1740 Ph−ơng trình cân bằng vật liệu : g1 = G1 + GP (1) Ph−ơng trình cân bằng vật liệu với cấu tử dễ bay hơi (etylic) : g1 y1 = G1 x1 + GP xP (2) Ph−ơng trình cân bằng nhiệt l−ợng : g1 r1 = gđ rđ (3) r1 : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa luyện thứ nhất (kcal/kmol) rđ : ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi ra khỏi đỉnh tháp (kcal/kmol) Gọi : rA : ẩn nhiệt hóa hơi của Etylic rB : ẩn nhiệt hoá hơi của H2O. Từ đồ thị (t,x,y) ta có : - Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đỉnh (x = xP = 0,8814): tP = 78,1272 0C Nội suy theo bảng r – to (I-301) với to = 78,1272°C : ⎩⎨ ⎧ === ===⇒ )(kcal/kmol 9126)(kcal/kmolM.508 (kcal/kg) 508 r )(kcal/kmol 9108)(kcal/kmol198.M (kcal/kg) 198 r BB AA ⇒ rđ = rA . yđ + rB (1 - yđ) = 9108 . 0,8814 + 9126 .(1- 0,8814) = 9110,1348 (kcal/kmol) - Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu (x = xF = 0,1436): tF = 84,6028°C Nội suy theo bảng r – to (I-301) với to = 84,6028°C : ⎩⎨ ⎧ === ===⇒ )(kcal/kmol 8028)(kcal/kmol446.M (kcal/kg) 446 r )(kcal/kmol 8878)(kcal/kmol193.M (kcal/kg) 193 r BB AA ⇒ rl = rA . yl + rB (1 – yl) = 8878 . yl 8028 . (1 – yl) Thay rl vào (3) và giải hệ 3 ph−ơng trình trên (ẩn yl, gl, Gl), ta đ−ợc : 9 ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ = = = ⇒ 1776,0 (kmol/s) 106,0 (kmol/s) 1011,0 1 1 1 y g G ⇒ L−ợng hơi trung bình đi trong đoạn luyện : (kmol/s) 1006,0 2 106,00952,0 2 1 =+=+= ggg dtbL ⇒ L−ợng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện : (kmol/s) 0956,0 2 1011,010.889,4).1729,6( 2 3 1 =++=+= −GGG RtbL b/ Trong đoạn ch−ng : Số liệu : GW : L−ợng sản phẩm đáy (W’) = 0,0253 (kmol/s) ♦ L−ợng hơi đi vào đoạn ch−ng ,1g , nồng độ hơi ,1y , l−ợng lỏng '1G đối với đĩa thứ nhất của đoạn ch−ng, nồng độ lỏng , 1x , l−ợng hơi ra khỏi đoạn ch−ng chính là l−ợng hơi đi vào đoạn luyện g1 : Ta có * W , 1 yy = là nồng độ cân bằng ứng với xW , nội suy theo bảng số liệu đ−ờng cân bằng (II-145) : ⇒ 001856,0*,1 == Wyy Ph−ơng trình cân bằng vật liệu : W ' 1 ' 1 GgG += (1’) Ph−ơng trình cân bằng vật liệu với cấu tử dễ bay hơi (etylic) : WW ' 1 ' 1 ' 1 ' 1 xGygxG += (2’) Ph−ơng trình cân bằng nhiệt l−ợng : 11 ' 1 ' 1 rgrg = (3’) rl : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi ra khỏi đoạn ch−ng. 10 ⇒ rl = rA . yl + rB (1 – yl) = 8878 . 0,1776 + 8028 . (1 – 0,1776) = 8660,64 (kcal/kmol) r1’: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa ch−ng thứ nhất. Từ bảng số liệu x – to sôi dd (II-145), nội suy ta có: Nhiệt độ sôi hỗn hợp đáy (x = xW = 0,001569): tW = 99,6007°C Nội suy theo bảng r – to (I-301) với to = 99,6007°C : ⎩⎨ ⎧ === ===⇒ )(kcal/kmol 9054)(kcal/kmol503.M (kcal/kg) 503 r )(kcal/kmol 8786)(kcal/kmol191.M (kcal/kg) 191 r BB AA ⇒ ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa ch−ng thứ nhất : rl’ = rA . yl’ + rB (1 – yl’) = 8786.0,001569 + 9054 . (1 – 0,001569) = 9050,596 (kcal/kmol) (kmol/s)1014,0 596,9050 64,8660.106,0)'3( ' 1 1 1 ' 1 ===⇒ r rgg (kmol/s) 1267,00253,01014,0)'1( '1 ' 1 =+=+=⇒ WGgG ⇒ L−ợng hơi trung bình đi trong đoạn ch−ng : (kmol/s) 1037,0 2 1014,0106,0 2 ' 11 =+=+= gggtbC ⇒ L−ợng lỏng trung bình đi trong đoạn ch−ng : (kmol/s)129,0 2 1267,0)0301,01011,0( 2 )( '11 =++=++= GGGG FtbC 2/ Vận tốc hơi đi trong tháp : Tốc độ khí đi trong tháp chóp xác định theo: ( Yρ . Yω )tb=0,065.ϕ . [ ]σ . ytbxtbh ρρ .. (Kg/m2.s) [II.184] xtbρ : Khối l−ợng riêng trung bình pha lỏng (kg/ m3) 11 ytbρ : Khối l−ợng riêng trung bình pha hơi (kg/ m3) h : Khoảng cách giữa các đĩa (m) a/ Khối l−ợng riêng trung bình pha lỏng : 2xtb 1tb 1xtb 1tb xtb a1a1 ρ −+ρ=ρ [II.184] Trong đó : xtbρ : Khối l−ợng riêng trung bình pha lỏng (kg/ m3) 1xtbρ : Khối l−ợng riêng trung bình cấu tử 1 (kg/ m3) 2xtbρ : Khối l−ợng riêng trung bình cấu tử 2 (kg/ m3) 1tba : Nồng độ khối l−ợng trung bình cấu tử 1 (kg/ kg) - Đoạn luyện : Nồng độ trung bình pha lỏng đoạn luyện : 5125,02 8814,01436,0 2 =+=+= PFtbL xxx Nội suy với xtbL theo bảng số liệu nồng độ – to sôi dung dịch (II-145) : ⇒ Nhiệt độ trung bình đoạn luyện : ttbL = 79,9144°C ⇒ Khối l−ợng riêng của Etylic và N−ớc theo t = ttbL : ρxL1 = 737,5 (kg/m3) ρxL2 = 974,8376 (kg/m3) [I.7] ⇒ Nồng độ khối l−ợng trung bình của Etylic đoạn luyện : 625,02 95,030,0 2 =+=+= PFtbL aaa ⇒ 598,8118376,974 625,01 5,737 625,01 11 21 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −+=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+= −− xL tbL xL tbL xL aa ρρρ (kg/m3) - Đoạn ch−ng : 12 Nồng độ trung bình pha lỏng đoạn ch−ng : 0725,02 1436,0001569,0 2 =+=+= FWtbC xxx Nội suy với xtbC theo bảng số liệu nồng độ – to sôi dung dịch (II-145) : ⇒ Nhiệt độ trung bình đoạn ch−ng : ttbC = 88,344°C ⇒ Khối l−ợng riêng của Etylic và N−ớc theo t = ttbC : 7271 =xCρ (kg/m3) 5537,9672 =xCρ (kg/m3) [ I.10] ⇒ Nồng độ khối l−ợng trung bình của Etylic đoạn luyện : 17,02 30,0004,0 2 =+=+= FWtbC aaa ⇒ 0267,9165537,967 17,01 727 17,01 11 21 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −+=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+= −− xC tbC xC tbC xC aa ρρρ (kg/m3) b/ Khối l−ợng riêng trung bình pha hơi : - Đoạn luyện : Nồng độ pha hơi đầu đoạn luyện là : yđL = y1 = 0,1776 Nồng độ pha hơi cuối đoạn luyện là : ycL = yP = xP = 0,8814 ⇒ Nồng độ trung bình pha hơi đoạn luyện : 5295,0 2 8814,01776,0 2 =+=+= cLdLtbL yyy ⇒ Khối l−ợng mol trung bình hơi đoạn luyện : yLM = ytbL.M1+(1- ytbL).M2 = 0,5295 . 46 + (1- 0,5295).18 = 32,826 (kg/kmol) → Khối l−ợng riêng trung bình pha hơi đoạn luyện : 1796,1 )9144,79273.(4,22 273 . 826,23 ).(4,22 . =+=+= tbLO OyL yL tT TMρ (kg/m3) - Đoạn ch−ng : 13 Nồng độ pha hơi đầu đoạn ch−ng là : 01856,0'1 == yydC Nồng độ pha hơi cuối đoạn ch−ng là : ycC = y1 = 0,1776 ⇒ Nồng độ trung bình pha hơi đoạn luyện : 09808,0 2 1776,001856,0 2 =+=+= cCdCtbC yyy → Khối l−ợng mol trung bình hơi đoạn ch−ng : yCM = ytbC.M1+(1-ytbC).M2 = 0,09808.46+(1– 0,09808).18 =45,4624 (kg/kmol) → Khối l−ợng riêng trung bình pha hơi đoạn ch−ng : 5333,1 )344,88273.(4,22 273 . 5,46244 ).(4,22 . =+=+= tbCO OyC yC tT TMρ (kg/m3) Sức căng bề mặt tính theo công thức: hhσ 1 = 1 1 σ + 2 1 σ [I.360] Sức căng bề mặt của N−ớc: 2σ = 62,933.10-3 (N/m) = 62,933 cm dyn [I.361] Sức căng bề mặt của Etylic: 1σ = 17,88.10-3(N/m) = 17,88 cm dyn hhσ = ( 1 1 σ + 2 1 σ ) -1 = ( 933,62 1 88,17 1 + )-1 = 13,924 cm dyn < 20 cm dyn Vậy hệ số tính đến sức căng bề mặt [ ]σϕ. = 0,8 Chọn h = 0,45 (m) Tốc độ khí của hơi đoạn luyện: ( )yy ωρ . tbl = 0,065.ϕ . [ ]σ . ytblxtblh ρρ .. (Kg/m2.s) Thay số: ( )yy ωρ . tbl = 0,065.0,8. 1336,1.598,811.45,0 = 1,3235(Kg/m2.s) Tốc độ khí của hơi đoạn ch−ng: ( )yy ωρ . tbc = 0,065.ϕ . [ ]σ . ytbcxtbch ρρ .. (Kg/m2.s) Thay số: ( )yy ωρ . tbc = 0,065.0,8. 5333,1.0267,916.45,0 = 1,6341(Kg/m2.s) 14 3/ Đ−ờng kính tháp : tbyy tb )w(ρ gD 0188,0= (m) [II.181] Trong đó : gtb : L−ợng hơi trung bình đi trong tháp (kg/h) - Đoạn luyện : Khối l−ợng mol trung bình pha hơi : (kg/kmol) 826,32=yLM L−u l−ợng hơi trung bình : gtbL = 0,1006 (kmol/s) 3600.1006,0.826,32 . ==⇒ yLtbLtb Mgg (kg/h) 2641,11888= - Đoạn ch−ng : Khối l−ợng mol trung bình pha hơi : (kg/kmol) 4624,45=yCM L−u l−ợng hơi trung bình : gtbC = 0,1037 (kmol/s) 3600.1037,0.4624,45 . ==⇒ yCtbCtb Mgg (kg/h) 0231,16972= yw : Vận tốc hơi trung bình đi trong tháp (m/s) yρ : Khối l−ợng riêng trung bình của hơi đi trong tháp (kg/m3) ⇒ Đ−ờng kính đoạn luyện : (m) 78,13225,1 2641,118880188,00188,0 === LyL tb L w gD ρ ⇒ Đ−ờng kính đoạn ch−ng : (m) 9,16341,1 0231,169720188,00188,0 === CyC tb C w gD ρ 15 Vì đ−ờng kính hai đoạn ch−ng và luyện sai khác nhau không đáng kể, chuẩn hóa ta chọn đ−ờng kính cho cả tháp : D = 2 (m) III. Số đĩa thực tế vμ chiều cao tháp : 1/ Hệ số khuếch tán : a/ Hệ số khuếch tán trong pha lỏng: ♦ Hệ số khuếch tán trong pha lỏng ở 20oC: 23/1 B 3/1 AB BA 6- 20 x )vv.( AB M 1 M 1 . .101 D +μ + = (m2/s) [SCS.t12] Trong đó : A,B : Hệ số liên hợp của chất tan và dung môi : A= 2; B= 4,7 MA, MB : Khối l−ợng mol của Etylic và n−ớc (kg/kmol) MA = 46(kg/kmol) ; MB = 18 (kg/kmol) μB : Độ nhớt của dung môi ở 20oC (cP) : μH 2 0, 20 0 C = 1 (cP) vA, vB : Thể tích mol của Etylic và N−ớc (cm3/mol) vA = 2.14,8 + 6.3,7 + 1.7,4 =59,2 (cm 3/mol) vB = 2.4,7 + 7,4 = 14,8 (cm 3/mol) 10 23/13/1 6- 20 10.0376,2 )8,142,59.( 1.7,4.2 18 1 46 1 . .101 −=+ + =⇒ xD (m2/s) ♦ Hệ số khuếch tán ở nhiệt độ xác định t: [ ])20t(b1DD 20xtx −+= [SCS.t12] Hệ số nhiệt độ : 3 2,0 b ρ μ= 16 μ : Độ nhớt của dung môi ở 20oC (cP) : μH 2 O, 20 0 C = 1 (cP) ρ : Khối l−ợng riêng của dung môi ở 20oC (kg/m3) μH 2 O, 20 0 C = 1000 (kg/m3) 02,0 1000 12,0 3 ==⇒ b ⇒ Hệ số khuếch tán trong pha lỏng đoạn ch−ng : t = ttbC = 88,344°C [ ] 1010 10.822,4)20344,88(02,0110.0376,2 −− =−+=xCD (m2/s) ⇒ Hệ số khuếch tán trong pha lỏng đoạn luyện : t = ttbL = 79,9144°C [ ] 1010 10.479,4)209144,79(02,0110.0376,2 −− =−+=xLD (m2/s) b/ Hệ số khuếch tán trong pha hơi: Hệ số khuếch tán của khí trong khí BA 23/1 B 3/1 A 5,14 y M 1 M 1 )vv.( p T .10.0043,0 D ++= − (m2/s) Trong đó : MA, MB : Khối l−ợng mol của Etylic và N−ớc (kg/kmol) MA = 46 (kg/kmol) MB = 18 (kg/kmol) vA, vB : Thể tích mol của Etylic và N−ớc (cm3/mol) vA = 59,2 (cm 3/mol) vB = 14,8 (cm 3/mol) P : áp suất tuyệt đối của hỗn hợp : P = P0 = 1 (atm) T : Nhiệt độ tuyệt đối của hỗn hợp : T = 273 + t (oK) ⇒ Hệ số khuếch tán trong pha hơi đoạn ch−ng : t = ttbC = 88,344°C 5 23/13/1 5,14 10.0348,2 18 1 46 1 )8,142,59.(1 )344,88273.(10.0043,0 −− =++ +=yCD (m2/s) ⇒ Hệ số khuếch tán trong pha hơi đoạn luyện : t = ttbL = 79,9144°C 17 5 23/13/1 5,14 10.964,1 18 1 46 1 )182,59.(1 )9144,79273.(10.0043,0 −− =++ +=yLD (m2/s) 2/ Hệ số cấp khối : a/ Độ nhớt của hỗn hợp hơi : 1 2 2 1 1 hhhh M).y1(M.y .M − ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ μ −+μ=μ [I.94] Trong đó : y : Nồng độ Etylic trong pha hơi : - Đoạn ch−ng : y = ytbC = 0,9808 - Đoạn luyện : y = ytbL = 0,5259 Mhh : Trọng l−ợng phân tử của hỗn hợp khí : - Đoạn ch−ng : 4624,45== yChh MM (kg/kmol) - Đoạn luyện : 826,32== yLhh MM (kg/kmol) M1, M2 : Trọng l−ợng phân tử của Etylic và N−ớc : M1 = 46 (kg/kmol) M2 = 18 (kg/kmol) μ1, μ2 : Độ nhớt của Etylic và N−ớc : - Đoạn ch−ng : t = ttbC = 88,324°C theo bảng 1.102 – I.134: μ1 = 0,0117.10-3(Ns/m2) μ2 = 0,3226.10-3(Ns/m2) - Đoạn luyện : t = ttbL = 79,9144°C theo bảng (I-134): μ1 = 0,011310-3 (Ns/m2) μ2 = 0,3569.10-3 (Ns/m2) ⇒ Độ nhớt hỗn hợp hơi đoạn ch−ng là : 5 1 33 10.1786,110.3226,0 18).9808,01( 10.0117,0 46.9808,0.4624,45 − − −− =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −+=hhμ (Ns/m2) ⇒ Độ nhớt hỗn hợp hơi đoạn luyện là : 18 5 1 33 10.5063,110.3569,0 18).5295,01( 10.0113,0 46.5295,0.826,32 − − −− =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −+=hhμ (Ns/m2) b/ Độ nhớt của hỗn hợp lỏng : 21hh lg).x1(lg.xlg μ−+μ=μ [I.93] Trong đó : x : Nồng độ phần mol của Etylic trong hỗn hợp : - Đoạn ch−ng : x = xtbC = 0,0725 - Đoạn luyện : x = xtbL = 0,5125 μ1, μ2 : Độ nhớt động lực của Etylic và N−ớc : - Đoạn ch−ng : t = ttbC = 88,344°C theo bảng và toán đồ (I-102): μ1 = 0,37 (cP) μ2 = 0,295 (cP) - Đoạn luyện : t = ttbL = 79,9144°C theo bảng và toán đồ (I-102): μ1 = 0,435 (cP) μ2 = 0,34 (cP) ⇒ Độ nhớt hỗn hợp lỏng đoạn 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) ⇒ Độ nhớt hỗn hợp lỏng đoạn luyện : 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/ Chuẩn số Reynolt đối với pha hơi : y yy y . h .w Re μ ρ= [II.164] Trong đó : 19 yw : Tốc độ hơi tính cho mặt cắt tự do của tháp (m/s) - Đoạn ch−ng : (m/s) 1,0168 w C ==yw - Đoạn luyện : (m/s) 1,1698 w L ==yw h : Kích th−ớc dài, chấp nhận bằng 1m yρ : Khối l−ợng riêng trung b