Đề tài " THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT CỒN THÔ VỚI NĂNG XUẤT THEO NGUYÊN LIỆU ĐẦU VÀO 5000 KG/H '

Chia sẻ: Thoi Nga | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:34

Thêm vào BST

Báo xấu

696
lượt xem 249
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong nhiều ngành sản xuất hoá học cũng như sử dụng, nguyên liệu cần có độ tinh khiết cao .Để có được sản phẩm có độ tinh khiết cao, ta cần tách chúng từ hỗn hợp nguyên liệu, thường hỗn hợp lỏng hoặc hỗn hợp khí Các phương pháp phổ biến để tách riêng hỗn hợp cũng như nâng cao nồng độ gồm: chưng cất , trích ly ,cô đặc ,hấp thu … Tuỳ theo đặc tính của hỗn hợp cũng như yêu cầu của ssản phẩm mà ta chọn phương pháp tách phù hợp .Đối với hệ etanol-nước để...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài " THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT CỒN THÔ VỚI NĂNG XUẤT THEO NGUYÊN LIỆU ĐẦU VÀO 5000 KG/H '

ĐỀ TÀI THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT CỒN THÔ VỚI NĂNG XUẤT THEO NGUYÊN LIỆU ĐẦU VÀO 5000 KG/H Giáo viên thực hiện : Sinh viên thực hiện :
Phần 1: giới thiệu sơ lược về etanol Phần 2: Thuyết minh quy trình Phần 3: Cân bằng vật chất Phần 4: Tính kích thước tháp Phần 5: Tính cơ khí Phần 6: Tính cân bằng năng lượng Phần 7: Tính các thiết bị phụ Kết luận Tài liệu tham khảo
MỞ ĐẦU Trong nhiều ngành sản xuất hoá học cũng như sử dụng, nguyên liệu cần có độ tinh khiết cao .Để có được sản phẩm có độ tinh khiết cao, ta cần tách chúng từ hỗn hợp nguyên liệu, thường hỗn hợp lỏng hoặc hỗn hợp khí Các phương pháp phổ biến để tách riêng hỗn hợp cũng như nâng cao nồng độ gồm: chưng cất , trích ly ,cô đặc ,hấp thu … Tuỳ theo đặc tính của hỗn hợp cũng như yêu cầu của ssản phẩm mà ta chọn phương pháp tách phù hợp .Đối với hệ etanol-nước để tách cồn và nước , nâng cao nồng độ cồn ta dùng phương pháp chưng cất. Chưng cất là quá trình tách các cấu tử của một hỗn hợp lỏng hoặc hỗn hợp khí thành những cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của chúng trong hỗn hợp. Có nhiều phương pháp chưng cất khác nhau:  Chưng cất đơn giản  Chưng bằng hơi nước trực tiếp  Chưng gián đoạn … Thiết bị chưng cất có nhiều loại:  Tháp mâm chóp  Tháp đệm  Tháp mâm xuyên lỗ Qúa trinh chưng cất được ứng dụng rộng rãi và có ý nghĩa quan trọng trong kĩ thuật hóa học. Tuỳ theo tính chất của hệ cấu tử đem chưng cất, độ tinh khiết của sản phẩm, hiệu suất chưng cất, … mà ta chọn phương pháp và thiết kế tháp cho phù hợp. Vì vậy việc thiết kế tháp chưng cất cho phù hợp với yêu cầu sản xuất, đáp ứng yêu cầu kĩ thuật và quan tâm đến tính kinh tế là vấn đề quan trọng.
Đồ án môn học này thiết kế tháp chưng cất cồn thô với năng xuất theo nguyên liệu đầu vào 5000 kg/h. Nồng độ dung dịch đầu 35% (khối lượng), sản phẩm đỉnh có độ thu hồi 99.5% Tháp chưng loại mâm chóp tròn , đun bằng cách sục hơi nước trực tiếp, đáy chủ yếu là nước. Áp suất hơi đốt :2.5 at
PHẦN 1: SƠ LƯỢC VỀ ETANOL (hỏi thằng Trí thêm) 1. Tính chất vật lý cơ bản của Etanol: Hệ số bay hơi K của etylic % khối lượng Hệ số bay % khối lượng Hệ số bay rượu hơi rượu hơi 10 5.16 0.9 10.6 8 5.78 0.7 11.1 6 6.63 0.5 11.3 4 7.80 0.3 11.2 2 9.25 0.1 11.0 Quan hệ giữa nồng độ rượu và nhiệt độ sôi % khối lượng Nhiệt % phân tử độ sôi Thể lỏng Thể lỏng Thể Thể hơi o C hơi 99.8 99.3 0.1 1.3 0.04 0.51 98.75 0.5 6.1 0.19 2.48 91.3 1.0 10.75 0.39 4.51 89.0 10 52.2 4.16 29.92 87 15 60 6.46 36.98 85.7 20 65 8.92 42.09 84.7 25 68.7 11.55 46.08 83.1 30 71.3 14.35 49.16 81.9 40 74.6 20.68 53.46 80.96 50 77 28.12 56.71 80.2 60 79.5 36.98 60.29 79.5 70 82.1 47.72 64.21 78.5 80 85.8 61.02 70.09 90 91.3 77.8 80.42 Khối lượng riêng và thể tích riêng của hỗn hợp etilic-nước ở áp suất P= 1 & 1.1 at % khối Nhiệt Khối Thể Nhiệt Khối Thể tích
lượng độ sôi, lượng 1 độ sôi, lượng của 1 tích o m3 ở o 1 m3 ở Kg , m3 của 1 trong C C hơi P=1.1 at Kg , P=1.0 m3 at 0 100.0 0.638 1.567 100.0 0.589 1.697 5 99.5 0.670 1.492 95.0 0.620 1.513 10 99.0 0.693 1.443 91.5 0.643 1.555 25 98.0 0.768 1.302 85.8 0.722 1.385 50 92.4 0.95 1.052 81.9 0.887 1.127 75 84.5 1.247 0.802 79.7 1.145 0.812 100 78.4 1.75 0.571 78.2 1.592 0.622 2. Các nguồn điều chế Etanol : a. Hidrat hóa anken: Đun nóng anken với nước CH2 =CH2 + H-OH  CH3-CH2-OH Phương pháp này được dùng phổ biến trong sản xuất công nghiệp b. Thuỷ phân dẫn xuất halogen trong dung dich kiềm C2H5-Br + NaOH  C2H5-OH + NaBr Phương pháp này chỉ dùg trong phòng thí nghiệm. 3. Ứng dụng của Etanol: - Là nghuyên liệu để sản xuất cao su tổng hợp . - Rượu etylic dùng để điều chế một số hợp chất hữu cơ như acid acetic, dietyl ete, etylacetat… - Do có khả năng hoà tan tốt một số chất hữu cơ nên rượu etylic dùng để pha vecni, dược phẩm , nước hoa… - Khi cháy toả nhiều nhiệt nên rượu etylic còn được dùng làm nhiên liệu PHẦN 2: THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Chưng cất được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa học và có khả năng tách hoàn toàn hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan một phần hoặc hoàn toàn. Hỗn hợp cần chưng cất là etanol-nước. Để cho qúa trình chưng cất được liên tục cần cho hỗn hợp đi vào phân li tiếp xúc trực tiếp với luồng hơi có nộng độ cấu tử khó bay hơi lớn hơn so với dung dịch. Do đó trong hệ thống thiết bị để chưng cất liên tục, tháp gồm hai phần đoạn chưng và đoạn luyện. Ơ đoạn chưng của tháp xảy ra: cấu tử dễ bay hơi được tách ra khỏi chất lỏng chảy ở trên xuống, còn ở đoạn cất thì hơi đi lên càng giàu cấu tử dễ bay hơi. Hệ thống thiết bị chưng cất (xem sơ đồ) :
Hỗn hợp etanol-nước có nồng độ 35%(khối lượng) etanol tại bình chứa 3 có nhiệt độ 25 0C được bơm vào thiết bị gia nhiệt 2. Ở đó hỗn hợp được làm nóng lên đến nhiệt độ sôi của nhập liệu (tF =83.8oC), sau đó được đưa vào tháp chưng cất. Từ thiết bị gia nhiệt, hỗn hợp đi vào tháp chưng cất 1, ở đĩa nhập liệu (đĩa trên cùng của đoạn chưng). Tại đây qúa trình chưng cất xảy ra. Trên đĩa nhập liệu , chất lỏng được trộn lẫn với phần lỏng từ đoạn cất của tháp chảy xuống. Trong tháp hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng đi từ trên xuống. Hơi từ đĩa dưới đi vào các ống hơi của các chóp, vào trục qua lớp chất lỏng, một phần chóp ngập vào chất lỏng , chóp có răng cưa , hơi đi qua đó, tạo thành những tia rất nhỏ để làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa hơi và lỏng. Vì nhiệt độ càng lên trên càng thấp nên phần dưới là cấu tử có nhiệt độ bay hơi cao. Trên đỉnh, ta thu được hỗn hợp hơi gồm etanol chiếm tỉ lệ cao. Hơi đó đi vào thiết bị ngưng tụ 5 và được ngưng tụ hoàn toàn, thiết bị ngưng tụ với chất làm lạnh là nước, nhiệt độ vào là 25 o C , nhiệt độ ra là 45oC Một phần chất lỏng ngưng đi qua thiết bị làm nguội sản phẩm 4, phần còn lại của chất lỏng ngưng được hồi lưu về tháp ở đĩa trên cùng với chỉ số hồi lưu R= 2.5 Chất lỏng đi từ trên xuống gặp hơi có nhiệt độ cao hơn , một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp : etanol được bốc hơi ra do đó nồng độ cấu tử khó bay hơi trong chất lỏng ngày càng tăng và cuối cùng ở đáy thápthu được hỗn hợp lỏng hầu hết là nước. Dung dịch lỏng ở đáy tháp ra khỏi tháp một phần dược đưa vào thiết bị nồi hơi để đung bốc hơi cung cấp cho tháp, một phần qua thết bị làm nguội sau đó đưa vào bình chứa. Hệ thống làm việc liên tục cho etanol ở đỉnh tháp PHẦN 1: TÍNH TOÁN THÁP Cân bằng vật chất và năng lượng cho toàn tháp trong trường hợp đun bằng hơi nước trực tiếp: Cồn loại 1 theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN-71) > = 96%(tt) Chọn xD= 96%(tt) . Đổi ra 92.8% (khối lượng) F + Gn+1 = D + W FxF + 0 = DxD + WxW FhF +Gn+1HG n+1= DHD + WHW + QC QC = (R+1)D (HG – HD) R = 1.3 Rm + 0.3 Lượng Etanol có trong nhập liệu: 5000* 0.35= 1750 kg/h Lượng Etanol có trong sản phẩm đỉnh: 0.995*1750=1741.25 kg/h 1741.25 Suất lượng sản phẩm đỉnh: D= kg/h 0.928 Đổi ra phân mol:
xF 0.35 M E tan ol 46 xF = = = 0.174  (1  x F ) xF 0.35  0.65 46 18 M E tan ol M nuoc 0.928 46 xD= =0.834 0.928 0.072  46 18 xF = 0.174 từ đồ thị T-x,y => yF* = 0.51 Từ đồ thị, kẻ tiếp tuyến => yo = 0.31 xD Ta có = yo => Rmin = 1.69 ( R  1) R = 1.3 Rm + 0.3 = 1.3* 1.69 + 0.3 = 2.4974 , lấy Rmin = 2.5 MtbF = xF* M etanol + (1- xF) Mnước = 0.174*46 + (1- 0.174)*18 = 22.872 kg/ kmol F = F/Mtb,F = 5000/ 22.872 = 218.6 kmol/h D = D/ Mtb,D= 1876.35/ 41.352= 45.375 kmol/h Mtb,D = 0.834 *46 +(1-0.834) *18 = 41.352 kg/kmol Mtb,W= 18.02 kg/kmol Từ giản đồ (T-xy) xF= 0.174 => tF,L= 83.8oC xD= 0.834 => tD,L= 78.6oC CF= 3.81 kj/kgoC CD= 3.325 kj/kgoC Cw= 4.18 kj/kgoC (Sản phẩm đáy xem như là nước nguyên chất ). Hơi nước bão hoà ở Pt d = 2 at. Có HG h= 2710 kj/kg. Qui về to = 20oC : HG h= [2710 kj/kg -4.18 kj/kg(20oC -0OC) ]-18kg/kmol = 47275.2 kj/kmol. Sản phẩm đáy xem như là nước nguyên chất , sôi ở 1 at => Hw=415,2 kj/kg  Hw = 415.2 kj/kg ×18 kg/kmol =7473.6 kj/kmol (t chuẩn = 20oC) Quy về 20oC : Hw =7473.6 -18×4.18×20 = 5968.8kj/kmol.  HF = CF( tF-to)×Mtb,F + Hs Hs = 0, Xem CF = const , HF = 3.81 kj/kgoC×(83.8 oC -20oC)×22.872 kg/kmol = 4640.36 kj/kmol.  HD = 3.325 kj/kgoC×(78,6oC – 20oC)× 40.344 kg/kmol = 7860.8 kj/kmol Như vậy hệ phương trình (I) được viết lại :
218.6 + Gn+1 = 45.375 +W 218.6 *0.174 = 45.375*0.834 + W 218.6*4640.36 + 45275.2 Gn1 = 45.375*7860.8 + 5968.8*W+4565857.7  QC = (R+1)*D*(HG – HD) = (2.4974 +1)*45.375*(47275.2-7860.8) = 4565857.7 kj/kmol. Giải hệ phương trình trên ta được : Gn= 119.645 kmol/h W = 292.87 kmol/h XW = 0.00066 Nồng độ Suất lượng Phần mol Phần khối lượng Phần mol Phần khối Đỉnh lượng Nhập liệu 0.834 0.9277 45.375 1876.35 Đáy 0.174 0.35 218.6 5000 0.00066 0.00168 292.87 5277.5 Phương trình đường làm việc phần luyện biểu thị quan hệ giữa nồng độ của cấu tử có - nhiệt độ sôi thấp; trong hơi đi lên (y) ,trong chất lỏng chảy xuống (x), trong sản phẩm (xD) chỉ số hổi lưu R và được biểu diễn bằng phương trình: R xD Ym+1= xM + R 1 R 1 = 0.714 x M + 0.238 Phương trình đường làm việc phần chưng : R f f 1 Ym+1= x+ xW R 1 R 1 Phương trình đường làm việc biểu diễn sự ra , vào khỏi một mâm trên tháp. Việc xác định phương trình hai đường làm việc giúp ta xác định số mâm lý thuyết & vị trí mâm nhập liệu . - Số mâm lý thuyết : - Vẽ hai đường làm việc trên đồ thị xy. Hai đường này cắt nhau tại một điểm chính là vị trí mâm nhập liệu. Vẽ các đường bậc thang tạo bởi hai đường làm việc và đường can bằng (hình vẽ) , ta xác định được số mâm lý thuyết cũng là số bậc thang :15 mâm - Xác định số mâm thực tế Công thức xác định số mâm thực tế : Nt = Nlt/ : hiệu suất trung bình của đãi Ntt: số mâm thực tế Nlt: số mâm lý thuyết Hiệu suất mâm  phụ thuộc vào độ bay hơi tương đối & độ nhớt  của hỗn hợp :  = f(,) Độ bay hơi tương đối : y * 1 x == 1 y * x  vị trí mâm nhập liệu :
to = 83.8oC [1] xo = xF = 0.174 yo* = 0.31 0.31 1  0.174 = = 2.133 1  0 . 31 0.174 độ nhớt  = 0.6 Ns / m2  *= 2.133*0.6 = 1.28 tra đồ thị ta được o = 0.47 [3] đồ thị IX-11  tại đỉnh tháp : tD= 78.6oC xD= 0.834oC yD= 0.835oC  = 0.5025oC 1  0.834 0.835 = =1 1  0.835 0.835 => * = 0.505 D = 0.585 [3]  tại đáy tháp : tW = 99.2oC xW = 0.00066 yW = 0.06  = 0.284 Ns/ m2 1  0.00066 0.06 = = 96.65 1  0.06` 0.00066  = 27.448 W = 0.3 hiệu suất trung bình:  = (o + D +W)*1/3 = (0.47 + 0.585 + 0.3) *1/3= 0.452 số mâm thực tế : Ntt = Nlt/  = 15 / 0.452 = 33.21 Chọn Nt = 34 mâm 13 Tính riêng cho phần cất : Nt cất = = 28.7 0.452 2 Tính riêng cho phần cất : Nt chưng = = 4.4 0.452 Vị trí mâm nhậo liệu tại giao điểm đường làm việc phần chưng & phần cất. Đối với mâm lý thuyết, vị trí mâm nhập liệu là mâm thứ 14. Đối với thực tế nhập liệu ở mâm thứ 30 đếm từ trên xuống Vậy: số mâm thực là 33 mâm (trừ 1 mâm làm nồi đun) Vị trí nhập liệu trên mâm thứ 30 (tính từ trên xuống) Phần cất có 28 đĩa Phần chưng có 5 đĩa
PHẦN III: KÍCH THƯỚC THÁP Đường kính tháp được xác định theo công thức sau: 4Vtb D= ,m 3.14 * 3600 * wtb gtb = 0.0188 ,m ( y * wy )tb trong đó : Vtb: lượng hơi (khí ) trung bình đi trong tháp , m3/h wtb: tốc độ hơi (khí ) trung bình đi trong tháp , m/s gtb: lượng hơi (khí ) trung bình đi trong tháp , kg/h (y wy )tb : tốc độ (khí ) trung bình đi trong tháp , m3/h lượng hơi (khí ) trung bình đi qua tháp luyện có thể tính gần đúng b82ng trung bình cộng của lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp & lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện gtb = 0.5(g1+gd) - lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp: gD = GR + GD = GD + (1+ R) = 1876.35(1+2.5) = 6557.225 kg/h lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện: - g1 = G1+ GD Lượng hơi g1, hàm lượng hơi y1 & lượng lỏng G1 đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện được xác định theo hệ phương trình can bằng vật chất và cân bằng nhiệt: g1 = G1 + GD g1 y1= g1x1 + GDxD g1r1 = gdrd xem x1 = xF r1: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất Ở t = 83.8oC (tại vị trí mâm nhập lịêu ) r1 = retanol y1 + (1-y1)rnước retanol= 852.72 kj/kg [2]/ 256 rnước = 2303.5 kj/kg [4]/441 thay vào : r1 = 852.72 y1 + (1-y1) 2303.5 = 957.2 kj/kg r1= 2303.5 – 1450.78 y1 Ở t = 78.6 oC (mâm trên cùng của tháp) retanol = 869.44 kj/kg [2]/ 269 rnước = 2315.5 kj/kg [4]/ 441 rD = 869.44* 0.9277 + (1- 0.9277) 2315.5 = 974 kj/ kg
Ta có: g1 = G1 + 1876.35 (1) g1 y1= 0.35G1 + 1740.69 (2) 3203.5g1- 1450.78g1y1 = 6567.225*974 (3) Giải hệ 3 phương trình trên ta được G1 = 2561.48 kg/h y1 = 0.594 g1 = 4437.8 kg/h r1 = 1441.35 kj/kg gtb = 0.5(gd + g1) = 0.5(6567.225 + 4437.8) = 5502.5 kg/h Xác định vận tốc hơi đi trong phần cất : (ywy)tb = 0.065  H Do hh > 20 dyn/ cm =>  = 1 Chọn chiều cao moat đĩa (khoảng cách giữa hai mâm ) H = 400 mm Tính h : [ ytbMe tan ol  (1  ytb) Mnuoc]273 h = 22.4T ytb: phân mol pha hơi trung bìmh trong phần cất T: nhiệt độ tuyệt đối (oK) ytb = 0.5(ydt + ytl) ydt , ytl : nồng độ phần mol của pha hơi tại đỉnh tháp và đĩa tiếp liệu 0.835  0.51 ytb = = 0.673 2 T = 273+ ttb ttb = 0.5(78.6 + 83.8) = 81.2 T = 273 + 81.2 = 354.2 oK [0.673 * 46  (1  0.673) *18]273 h = = 1.268 22.4 * 354.2 xtb 1  xtb 1 = +    xtb : phần khối lượng trung bình trong phần cất xtb = 0.5(xF + xD ) = 0.5(0.35 + 0.9277)= 0.693 Ở ttb = 81.2 oC: etanol = 897 kg/m3 nước = 972 kg/m3 1 0.693 1  0.693 = +  972 897  L = 922.7 kg/m3
Vậy (ywy)tb = 0.065*1* 0.4 * 922.7 *1.268 = 1.406 (kg/m3.h) 5502.5 Dluyện = 0.0188 = 1.176 m 1.406 2. Phần chưng: gtb Dchưng = 0.0188 ( w)tb Lượng hơi trung bình: gtb = 0.5(g’1 + g’c) Lượng hơi ra khỏi đoạn chưng bằng với lượng hơi vào đoạn cất g’c = g1= 4437.8 kg/h G’1 + Gnước = g’1+ W (1) G’1 x’1 = g’1 yW + WyW (2) g’1r’1 = g’cr c + Gnước rnước (3) Ở đáy: tW = 99.2oC ; yW = 0.03 retanol = 823.46 kj/kg [2]/ 256 rnước = 2260 kj/kg [4]/ 441 r’1 = y’1retanol + (1- y’1) rnước y’1: phần khối lượng của hơi tại đáy tháp y’1 = yw = Metanolyw / Mtb,M = 46*0.055/18.02 = 0.14 yc = y1 = 0.594 (Lượng hơi ra khỏi đoạn chưng bằng với lượng hơi vào đoạn cất)  r’1= 0.14*823.46 +(1-0.14) 2260 = 2059.2 kj/kg Gnước rnước = (119.465*18)2207 = 4745866.6 kj/h Ap suất hơi nước sục vào là 2.5 at (tuyệt đối) t = 120 oC [4]/427 , rnước = 2207 kj/kg G’1 + 2150.37 = g’1 + 5277.5 g’1x’1 = 0.14 g’1+ 8.866 2059.2g’1= 4437.8 * 1406.7 + 4745866.6 r’c = 0.594*823.46 + (1- 0.594) 2260 = 1406.7 kj/ kg giải hệ ba phương trình trên ta được: g’1 = 5336.3 kg/h G’1= 8463.43 kg/h x’1= 0.089 gtb = 0.5( g’1+ g’c) = 0.5(5336.3 + 4437.8) = 4887.05 kg/h Xác định vận tốc hơi đi trong phần chưng : (ywy)tb = 0.065  H Tính h : [ ytbMe tan ol  (1  ytb) Mnuoc]273 h = 22.4T ytb: phân mol pha hơi trung bình của pha hơi đi trong phần chưng T: nhiệt độ tuyệt đối (oK)
ytb = 0.5(y1 + y2) ydt , ytl : nồng độ phần mol của pha hơi tại đáy tháp và đĩa t iếp liệu ytb = 0.5(yd + ytl) = 0.5(0.51 + 0.031) = 0.27 ttb: nhiệt độ trung bình của phần chưng ttb = 0.5( tw + tF ) = 0.5(99.2 + 83.8) = 91.5 oC = 91.5 + 273 = 364.5 o K [0.27 * 46  (1  0.27) *18]273 = 0.855 kg/m3 h = 22.4 * 364.5 xtb 1  xtb 1 = +    xtb : phần khối lượng trung bình trong phần chưng xtb = 0.5(xW + xF ) = 0.5(0.00168 + 0.35)= 0.176 Ở ttb = 91.5 oC: etanol = 928 kg/m3 [4]/397 nước = 956 kg/m3 [4]/397 1 0.176 1  0.176 = +  965 928  L = 958.28 kg/m3 Ở 91.5oC hh> 20 dyn/cm [2]/299 =>  = 1 Vậy (ywy)tb = 0.065*1* 0.4 * 958.28 * 0.855 = 1.2 (kg/m3.h) 4887.05 Dchưng= 0.0188 = 1.2 m 1. 2 Chọn D = 1.2 m cho toàn tháp PHẦN IV: TÍNH CHIỀU CAO THÁP VÀ TÍNH CHÓP 1. Chiều cao tháp: H = Nt(h + ) + (0.8 1)m : chiều dày của đĩa(35) mm Chọn = 5 mm Nt : số mâm thực h: khoảng cách giữa hai đĩa H = 33(0.4 + 0.005)+ 1 = 14.365 m 2. Kiểm tra khoảng cách của đĩa :  FW Hmin = 23300 ( )  3.14nd W: vận tốc hpa hơi ,m/s F: tiết diện mặt cắt ngang của tháp, m2 n: số chóp trên moat mâm
dch: đường kính chóp, m Phần cất: 1.268 3.14 * 1.2 * 1.2 * 1.406 * 1000 2 Hmin= 2330 ( ) 992.7 4 * 3.14 * 1.268 * 26 * 150 = 0.31 m Phần chưng: 0.855 3.14 *1.2 *1.2 *1.2 *1000 2 Hmin= 2330 ( ) 958.28 4 * 3.14 * 0.855 * 26 *150 = 0.349 m Thấy rằng trong cả hai phần, Hmin < 400 mm (thỏa) 3. Tính chóp: 3.1 Đường kính ống hơi: Chọn: dh = 75 mm 3.2 Số chóp phân bố trên đĩa: n = 0.1D2/ d2h = 0.1*1.22 /0.0752 = 25.6 chọn : n = 26 chóp 3.3 Chiều cao chóp phía trên ống dẫn hơi: h2 = 0.25dh = 0.25*75 = 18.75 mm 3.4 Đường kính chóp: 2 (d h  (d h  2 ch ) 2 ) dch = ch: chiều dài của chóp 23 mm chọn : ch = 3 mm 2 dch = (75  (75  2 * 3) 2 ) = 110.39 mm chọn dch = 120 mm 3.5 Khoảng cách từ mặt đĩa đến mép dưới của chân chóp: h = 025 mm . Chọn = 12.5 mm 3.6 Chiều cao mức chất lỏng trên khe chóp: hl = 1540 mm ; chọn hl = 40 mm 3.7 Chiều cao khe chóp : 2 wy  h hSO =  g tb : hệ số trở lực của đĩa chóp; = 1.52 ; chọn = 2 h, l: khối lượng riêng trung bình của pha hơi & pha lỏng, kg/m3 h: vận tốc pha hơi trong tháp, m/s 4 *Vh h= 3600 * 3.14d 2 h n Vh: lưu lượng hơi đi trong tháp , m3/h n: số chóp trên một đĩa dh: đường kính ống hơi  g htb ( chung ) gh gh Vh= tb = tb ( luyen )  htb 2
ghtb= 0.5(5502.5+ 4887.05) = 5194.775 kg/h htb= 0.5(1.268 + 0.855) = 1.06 kg/m3 5194.775 = 4900.7 m3/h Vh= 1.06 4 * 4900.7 y= = 11.857 m/s 3600 * 3.14 * 26 * 0.0752 2 * 11.857 2 * 1.06 = 0.0323 m = 32.3 mm; chọn hso= 35 mm hso= 9.81 * 940.49 3.8 Số khe hở mỗi chóp: d 2h  i = (d ch  ) c 4hkc c= 34 mm khoảng cách giữa các khe chọn : c = 4 mm 75 2  (120  ) = 62.6 khe; chọn 63 khe i= 4 4 * 35 3.9 Bề rộng khe: i ( a+c) = dch a= dch/ i – c = 3.14*120/63 – 4= 1.98 mm chọn : a= 2 mm Đường kính ống chảy chuyền: 3.10 4Gltb dc= 3600lttb c Gltb: lưu lượng lỏng trung bình đi trong tháp, kg/h z: số ống chảy chuyền ltb: khố i lượng riêng trung bình của pha lỏng , kg/m3 ltb= 940.49 kg/m3 c: vận tốc dòng lỏng trong ống chảy chuyền c= 0.1 0.2 m/s chọn c=0.2 m/s z=1 Phần chưng: G1= 0.5(G’1+W)= 0.5(8463.43 + 5277.5) = 6870.465 kg/h Phần cất: G’1 = 0.5( G1+ GD R) = 0.5(2561.48 + 1876.35* 2.5) = 3626.177 kg/h Gtb = 0.5(6870.465 + 3626.177) = 5248.32 kg/h 4 * 5248.32 dc= = 0.1 m = 100 mm 3600 * 940.49 * 0.2
Khoảng cách từ đĩa đến chân ống chảy chuyền: 3.11 hc = 0.25dc= 0.25*100 = 25 mm Chiều cao mực chất lỏng trên ống chảy chuyền: 3.12 Vltb h= 3 3600 *1.85 *  * d c Vltb: lưu lượng thể tích trung bình trong tháp , m3/h Phần cất: ' G1 3626.177 = 3.39 m3/h Vl= = l 922.7 Phần chưng: Vltb= 0.5(3.93 + 7.71)= 5.55 G 6870.465 = 7.17 m3/h V’l= 1 = l 958.28 5.55 *100 ) 2 = 0.0192 m = 19.2 mm how = ( 3 3600 *1.85 *100 Chiều cao gờ chảy tràn: 3.13 how= 40 + 35 +12.5 + 5 – 19.2 = 73.3 mm lấy tròn 73 mm Độ mở lỗ chóp : 3.14  htb Vh )1 / 3 hso2/3( ( tb ) 2 / 3 hs = 7.55 (  l tb   htb Ss Ss: tổng diện tích các lỗ chóp trên mỗi mâm Ss= n*i*a*hso n: số chóp trên mỗi mâm (26 chóp) i: số khe mỗi chóp (87 khe) a: chiều rộng khe chóp (2 mm) hso: chiều cao khe chóp (35 mm) Ss= 26*87*2*35*10 -6 = 0.1583 m2 1.06 4900.7 )1/ 3 35 2 / 3 ( ) 2 / 3 = 35 mm hs = 7.55( 958.28  1.06 3600 * 0.15834 thấy rằng hs  hso , xem như chóp mở hoàn toàn Gradien chiều cao mực chất lỏng trên mâm: 3.15 = Cg. ’.n n : số hàng chóp trên mỗi mâm Cg: hệ số hiệu chỉnh cho suất lượng pha khí ’: gradient chiều cao mực chất lỏng qua một hàng chóp Tính ’: Vl x = 1.34 tb ; Bm= 0.84D = 0.84*1.2 = 1.0 m Bm x = 1.34* 5.55 = 7.437
Chiều cao mực chất lỏng trên mâm: hm = 40 + 12.5 + 25 + 35 = 112.5 mm tra đồ thị 5.13 [5]/81 4’ = 2 => ’= 0.5 Cg = 0.82g  h Tính Cg: tb Ứng với khoảng cách mâm là 400 mm ; Ta có: c=0.025 958.28  1.06 g = 0.025 = 0.7513 m/s 1.06 Cg = 0.28 *0.75 1.06 = 0.633 số hàng chóp trên mỗi mâm: n = 7 = 0.633* 0.5* 7= 2.216 mm Độ giảm áp do ma sát & biến đổi vận tốc pha khí thổi qua chóp khi không có chất 3.16 lỏng :  htb Vh )( tb ) 2 hfv = 274K( (  ltb   htb S S: tổng diện tích ống hơi mỗi mâm, m2 K: hệ số tra theo tỷ số (Saj/Srj) đồ thị 5.16 [5]/83 S aj  * d ch 2   * d h 2 120 2  75 2 = = = 1.56 => K= 0.43  * d 2h 75 2 S rj  * n(d h  2 ) 2 26 * 3.14(75 *10 3  2 * 2 *10 3 ) 2  0.127 m2  S= 4 4 1.06 4900.7 ) 2  15 mm hfv= 274*0.43*( )( 958.28  1.06 3600 * 0.127 Chiều cao thủy tĩnh lớp chất lỏng trên lỗ chóp đến gờ chảy tràn: 3.17 hss = hW – hso – hsr – hsc = 73 – 35 – 15 – 12.5 = 10.5 mm Độ giảm áp tổng cộng qua một mâm: 3.18 = hfv + hs + hss + how + ½  ht = 15 + 35 + 10.5 + 19.2 + ½ 2.2 = 80.8 mm Chiều cao mực chất lỏng không bọt trong ống chảy chuyền: 3.19 hd= hw + how +  + ht + hd’ hd’: tổn that thủy lực do dòng lỏng chảy từ ống chảy chuyền vào Vltb 2 hd’= 0.128 ( ) 100 S d Sd : tiết diện giữa ống chảy chuyền & mâm Sd= *dc*hc = *0.1**0.025 = 0.00785 m2
5.55 ) 2 = 6.4 mm hd’= 0.128 ( 100 * 0.00785 hd= 73 + 19.2 + 2.2 + 80.8 + 6.4 = 181.6 mm h hd= 181.6  mam = 400/ 2  tháp làm việc không ngập lục 2 BẢNG TÓM TẮT: STT Tên gọi Số lượng Kí Kích hiệu thước(mm) (cái) Đường kính trong của ống hơi của chóp 1 dh 75 Số chóp phân bố trên mâm 2 n 26 Đường kính trong của chóp 3 dch 120 Chiều cao mực chất lỏng trên khe chóp 4 hl 40 Chiều cao chóp phía trên ống dẫn hơi 5 h2 18.75 Khoảng cách từ mặt đĩa đến mép dưới chân chóp 6 h 12.5 Chiều cao khe chóp 7 hso 35 Số lượng khe hở của mỗi chóp 8 i 63 Chiều rộng khe chóp 9 a 2 Khoảng cách giữa các khe 10 c 4 Đường kính ống chảy chuyền 11 dc 100 Khoảng cách từ đĩa đến chân ống chảy chuyền 12 hc 25 Chiều cao ống chảy chuyền trên đĩa 13 Chiều cao mực chất lỏng trên ống chảy chuyền 14 how 19.2 Bước tối thiểu của chóp trên đĩa 15 Số lượng ống chảy chuyền 16 Nt*z 33*2 K/c từ tâm ống chảy chuyền đến tâm chóp gần nhất 17 t1 Chiều dày chóp 18 3 1 Chiều dày đĩa 19 5 2 Chiều dày ống chảy chuyền 20 3 3 Chiều cao gờ chảy tràn 21 73 hw Độ mở của chóp 22 35 hs Gradien chiều cao mực chất lỏng trên mâm 23 2.216  Độ giảm áp do ma sát và biến đổi vận tốc pha khí 24 15 hfv PHẦN V: TÍNH TRỞ LỰC CỦA THÁP Trở lực toàn tháp: p = Ntt. pd Ntt: số đĩa thực của tháp pd: tổng trở lực 1 đĩa bd = pk + ps + pt  Phần cất:
Trở lực đĩa khô: 2  pk =  h o 2 : hệ số trở lực ;  = 4.55; chọn  = 5 h: khối lượng riêng của pha hơi, h = 1.268 kg/m3 o: vận tốc qua rãnh chóp Vy o = n.i.a.hso G ( R  1) * 22.4Tm 1876.35(2.5  1) * 22.4(273  81.2) = 1.282 m3/s Vy = D = M DTo 3600 41.352 * 273 * 3600 1.282 o= = 11.18 m/s 26 * 63 * 2 * 35 *10 6 1.268 *11.18 2 = 369.29 N/ m2 pk= 5 2 Trở lực do sức căng bề mặt: 4 ps = = d td  : sức căng bề mặt (N/m2) Ở 81.2oC :  = 2 dyn / cm [2,301] dtd : đường kính tương đương của khe rãnh chóp (m) 4 * 2 * 35 4ahso = 3.784*10-3 (m) dtd = = 2(2  35) 2(a  hso ) 4 * 21 = 22.2 N/ m2 ps = 3.784 *10 3 *10 3 Trở lực lớp chất lỏng trên đĩa: pt= b*g(hb – hso/ 2) b: khối lượng riêng của bọt, kg/ m3 hb: chiều cao lớp bọt trên đĩa, m hx: chiều cao lớp chất lỏng không lẫn bọt trên đĩa, m hx = hsc + hso/ 2 = 12.5 + 35/2 = 30 mm b = (0.40.6) x = 0.5*922.7 = 461.35 kg/ m3 (h  how  hx )( F  f )  x  hx  b f  (hch  hx ) f b hb = w F b hch: chiều cao chóp hch = hsr + hsc + hso + h1 + h2 = 5 + 12.5 + 35 + 40 + 18.75 = 111.25 mm F: phần bề mặt của đĩa có gắn chóp, m2 Tổng diện tích hình viên phân trên đĩa: = 0.5R2 (- sin ),  (rad) Svp = 0.5*0.62( 2.071- 0.9) = 0.2 m2