Đề tài " tính toán thiết kế tháp đệm chưng luyện liên tục hổn hợp hai cấu tử là CH3COOH và H2O "

Chia sẻ: Thoi Nga | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:31

1
628
lượt xem
274
download

Đề tài " tính toán thiết kế tháp đệm chưng luyện liên tục hổn hợp hai cấu tử là CH3COOH và H2O "

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Axít CH3OOH là một tronh những hợp phần không thể thiếu trông công nghệ thực phẩm cũng như trong một số ngành công nghiệp khác, CH3COOH cũng chiếm một vai trò quan trọng trong cuộc sống. Để sản xuất axit CH3COOH thì có nhiều phương pháp khác nhau nhưng trong công nghiệp thực phẩm thì nó được sản xuất bằng phương pháp lên men bởi tác nhân vi sinh vật. Để thu được CH3COOH tinh khiết có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau nhưng như các phương pháp hoá học, hoá lý…trong công nghiệp để thu được...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Đề tài " tính toán thiết kế tháp đệm chưng luyện liên tục hổn hợp hai cấu tử là CH3COOH và H2O "

  1. SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN ĐỒ ÁN QT&TBCNHH ĐỀ TÀI TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÁP ĐỆM CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC HỔN HỢP HAI CẤU TỬ LÀ CH3COOH VÀ H2O Giáo viên hướng dẫn : Họ tên sinh viên : GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang1
  2. SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN ĐỒ ÁN QT&TBCNHH Chuong 1 .................................................................................................................. 5 TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ ................................................................................... 5 1.Cân bằng vật liệu. ................................ ................................................................. 5 2. Xác định chỉ số hồi lưu - số đĩa lý thuyết . .......................................................... 6 3.Xác định số đĩa thực tế ................................................................ ......................... 7 CHƯƠNG II ............................................................................................................ 9 TÍNH KÍCH THƯỚCTHIẾT BỊ ............................................................................ 9 I.Tính đường kính thiết bị: Dchưng  Dluyện .............................................................. 9 II . Tính chiều cao của tháp ................................ ................................ .................. 13 CHƯƠNG III. ........................................................................................................ 16 TÍNH TRỢ LỰC CỦA THÁP .............................................................................. 16 I . Trở lực cho đoạn luyện ..................................................................................... 16 II . Trở lực của đoạn chung................................................................................... 17 CHƯƠNG 4 ........................................................................................................... 18 CÂN BẰNG NHIỆT LUYỆN CHO QUÁ TRÌNH CHƯNG LUYỆN ................. 18 I . Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt hổn hợp ...................................... 18 II . Cân bằng nhiệt lượng cho tháp chưng luyện ................................ .................. 19 III . Cân băng nhiệt lượng cho thiết bị ng ưng tụ ................................................. 20 CHƯƠNG V .......................................................................................................... 21 TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ ..................................................................... 21 I . Tính thiết bị gia nhiệt đầu : .............................................................................. 21 II . Tính các đường kính dẩn ................................................................................. 25 CHƯƠNG 6 ........................................................................................................... 27 TÍNH TOÁN CƠ KHÍ................................ ................................ ........................... 27 1 . Hình dáng thiết bị và phương thức gia công ................................................... 27 2 . Chọn vật liệu ..................................................................................................... 27 3. Chiều dày của tháp ............................................................................................ 27 4 . Đáy và nắp thiết bị. ................................ ................................ ........................... 28 5 . Chọn mặt bích và Bulong ................................................................................. 29 6 . Chiều dày lớp cách nhiệt ................................ ................................ .................. 30 7 . Tải trọng của tháp và chọn tai treo , trụ đở cho tháp ..................................... 30 CHƯƠNG 7 ........................................................................................................... 32 TÍNH VÀ CHỌN BƠM ......................................................................................... 32 1.Năng suất của bơm. ............................................................................................ 32 2.Chọn đường kính ống dẩn.................................................................................. 32 3. Áp suất toàn phần của bơm. ................................ ................................ ............. 32 GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang2
  3. SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN ĐỒ ÁN QT&TBCNHH Axít CH3OOH là m ột tronh những hợp phần không thể thiếu trông công ngh ệ thực phẩm cũng như trong một số ngành công nghiệp khác, CH3COOH cũng chiếm một vai trò quan trọng trong cuộc sống. Để sản xuất axit CH3COOH thì có nhiều phương pháp khác nhau nhưng trong công nghiệp thực phẩm thì nó được sản xuất bằng phương pháp lên men bởi tác nhân vi sinh vật. Để thu được CH3COOH tinh khiết có thể thực hiện bằng nhiều ph ương pháp khác nhau nhưng như các phương pháp hoá học, hoá lý…trong công nghiệp để thu được lượng lớn CH3COOH với độ tinh khiết theo yêu cầu thì người ta thường sửdụng phương pháp chưng cất. Có nhiều phương pháp chưng cất khác nhau nhưng trong công nghiệp thực phẩm thường sử dụng phương pháp chưng cất liên tục. Nguyên tắc phương pháp là dựa vào nhiệt độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hổn hợp.Về thiết bị thì có nhiều loại khác nhau, tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ mà người ta chọn loại thiết bị phù hợp.Trông công nghệ thực phẩm thiết bị chưng cất th ường dùng là thiết bị loại tháp. Nội dung của đồ án này là tính toán thiết kế tháp đệm ch ưng luyện liên tục hổn hợp hai cấu tử là CH3COOH và H2O. Các số liệu ban đầu : Năng suất theo hổn hợp đầu: 1800(l/h). Nồng độ hổn hợp đầu là: 75%. Nồng độ sản phẩm đỉnh là : 90%. Nồng độ sản phẩm đáy là: 10%. (Các số liệu trên được cho theo cấu tử dể bay hơi) GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang3
  4. SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ (7) (8) H2O H2O (P) (1) Hơi đốt (F) (5) Nước ngưng (2) (6) (9) (3) H2O (4) GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang4
  5. SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN ĐỒ ÁN QT&TBCNHH Chuong 1 TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 1.Cân bằng vật liệu. Phương pháp cân bằng vật liệu cho toàn tháp GF = Gp+Gw (kg/h). GF: lưu lượng hổn hợp đầu. Gp :lưu lượng hổn hợp đỉnh. Gw :lưu lượng sản phẩm đáy. Cân bằng vật liệu cho cấu tử dể bay hơi GF.xF = GP.xp+Gw.xw (kg/h). xF:phần mol hổn hợp đầu. xp:phần mol sản phẩm đỉnh. x w:phần mol sản phẩm đáy Theo giả thiết ta có : aF = 0,75: nồng độ của hổn hợp đầu (phần mol). ap = 0,9:nồng độ của sản phẩm đỉnh (phần mol). aw =0,1:nồng độ phần mol khối lượng sản phẩm đáy. Suy ra các giá trị của xF, xp, xw: aF 0,75 M 18 H 2O = = = 0,91 x (1  a F ) 0,75  0,25 F aF  18 60 M M H 2O A :phân tử lượng của nước. MH O 2 MA= 60 :Phân tử lượng của CH3COOH. a 0,9 P 18 18 = = = 0,968 x 0,9 0,1 p aP  1  aP  18 60 18 60 aW 0,1 18 18 = = = 0, 27 x w 0,1 0,9 aW  1  aW  18 60 18 60 Lượng sản phẩm đỉnh: (kg/h) Gp = GF. a F  aw 0,75  0,1 =1853,1. = 1505,64 a a 0,9  0,1 p w Lượng sản phẩm đáy là: (kg/h) Gw =GF - Gp = 1853,1 -1505,64 = 347,46 Gọi :M là phân tử lượng trung bình của hổn hợp (Kmol/Kg) M =xF. M O +(1-xF).MA =0,91.18 + 0,09.60 = 21,78. H2 F: lượng hổn hợp đầu (Kmol/h) GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang5
  6. SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN ĐỒ ÁN QT&TBCNHH P:lượng sản phẩm đỉnh W:Lượng sản phẩm đáy. F = GF = 1853,1 = 85,08 21,78 M P =F. x F  xw 0,91  0,27 = 85,08. = 78,01 x x 0,968  0,27 p w => W = F-P = 85,05 - 78,01 =7,07 2. Xác định chỉ số hồi lưu - số đĩa lý thuyết . Gọi x: nồng độ cấu tử dể bay hơi trong pha lỏng y: nồng độ cấu tử dể bay h ơi trong pha hơi. t: nhiệt độ sôi của hổn hợp hai cấu tử ở áo suất 760 mmHg a(% khối lư ợng) x(phần mol) y(phần mol) Kg/h Kmol/h Nhiệt độ sôi aF = 0,75 xF = 0,91 yF = 0.937 1853,1 85,08 100,6 ap = 0,9 xp = 0,968 yp = 0,9776 1505,64 78,01 100,2 aw = 0,1 xw =0,27 yw = 0 ,3884 347,46 7,07 108,28 Chỉ số hồi lưu thích hợp: ROPT ROPT = .Rmin : hệ số hiệu chỉnh ;  = (1,2  2,5) Rmin : chỉ số hồi lưư tối thiểu Dựa vào bảng (IX. 2a, trang 148 - T2) kết hợp với nội suy ta suy ra : yF = 0,937 là nồng độ cân bằng ứng giá trị xF = 0,91. Suy ra chỉ số hồi lưu tối thiểu là: x y 0,968  0,937 p p Rmin = =  1,148 y x 0,937  0.91 F F Rmin = 1,148 Để xác định số đĩa lý thuyết của tháp bằng cách dựa vào phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện và đo ạn chung. Pương trình làm việc của đoạn luyện: R xP OPT y= .x + R R 1 1 OPT OPT Phương trình làm việc củ a đoạn chung : R 1 L 1 OPT X= .y + . L R L R OPT OPT F 85,08 Với: L = =  1,09 P 78,01 x p Mà: ROPT = .Rmin : đ ặt B = ứng với mổi giá trị của sẽ là một đĩa ROPT  1 lý thuyết N ở bảng sau GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang6
  7. SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN ĐỒ ÁN QT&TBCNHH 1 ,2 1,4 1,6 1 ,8 2,1 2,3 2 ,5  ROPT 1 ,378 1,607 1,837 2 ,066 2,411 2,64 2 ,87 N 17 15 14 13 13 12 11 N(R+1) 38,048 39,105 39,718 39,858 44,343 43,68 42,57 B 0 ,407 0,371 0,341 0 ,316 0,284 0,266 0 ,25 Lập biểu đồ biểu diển sự phụ thuộc N(R+1) và R . Điểm cực tiểu của giá trị N(R+1) ứng với R thích hợp nhất là Rx= 1,378. Tương ứng với Rx =1,378 thì số đĩa lý thuyết : Của tháp là 17 (đĩa) Đo ạn chưng 6 đ ĩa (11,3) Đo ạn luyện 11 đĩa (5,7) Phương trình làm việc đoạn luyện y = 0,579x + 0,407 Phương trình đường làm việc đoạn chưng X = 0,964y + 0,036 3.Xác định số đĩa thực tế Hiệu suất làm việc của tháp được tính theo biểu thức: =. :hiệu suất của tháp (%). : độ bay hơi của hổn hợp. :độ nhớt của hổn hợp: (10-3 N.S/m2 ). y 1 x = (13 -34- QT-TBCNHH II ) . 1 y x Vì hiệu suất thay đổi theo chiều cao tháp nên để xác định hiệu xuất của to àn tháp ta xac định hiệu xuất trung của tháp. Hiệu xuất trung b ình của tháp đư ợc xác định: 1   2   3 = (%) (13-53 -QH-TBVNHH II) 3 1: hiệu suất đĩa trên cùng (%) 2: hiệu suất đĩa tiếp liệu (%) 3: hiệu suất đĩa dư ới cùng (%) a)Hiệu suất đĩa trên cùng: Các số liệu đ ã có tp =100,2 oC Xp=0,968 ; yp=0,9776 ; Độ nhớt của CH3COOH ở nhiệt độ t1 40oC là 1=0,9 (10-3.N.S/m3) ở nhiệt độ t2 là 2=0,56 (10-3.N.S/m3). Độ nhớt của nước ở nhiệt độ 1=24 oC là 0,9, 2 =49oC là 0,56 Theo công thức páp lốp: t t 40  80 1 2 K  1,6   24  49 1 2 Độ nhớt của CH3COOH ở nhiệt độ tp=100,2 là: GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang7
  8. SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN ĐỒ ÁN QT&TBCNHH t t 100,2  40  2,4 = 61,625 (oC) p 1 3=  1 = 1,6 1,6 Tra b ảng độ nhớt của CH3COOH ta có 2100,2 = 0 ,4617 (10-3.N.S/m3) H2O ở 100,2 oC là : 1100,2 =0,2835(10-3.N.S/m 3) Độ nhớt của Độ nhớt của hổn hợp ở 100,2oC là lg 1hh=xp.lg 1100,2 +(1-xp).lg 2100,2 =0,968.lg0,2835 + 0,032lg0,4617 lg 1hh= -0,54067; 1hh= 0,288 (10-3.N.S/m3) y 1 xp 0,9776 0,032 p 1=   1,443 . . 1 y x 0,0224 0,968 p p 1 1=1.  hh=1,443.0,288 = 0,4156 b)Hiệu suất của đĩa tiếp liệu Độ nhớt của CH3COOH ở 100,6oC 2100,6=0,455(10-3.N.S/m3) Độ nhớt của nước ở 100,6 oC là 1100,6= 0,283(10-3.N.S/m3) Độ nhớt của hổn hợp ở 100,6 oC là lg 2hh=xF.lg 1100,6 +(1-xF).lg 2100,6 =0,91.lg0,283 + 0,09lg0,455 lg 2hh= -0,529 ;2hh=0,296(10-3.N.S/m 3) y 1  xF 0,937 0,09 F 2=   1,47 . . 1 y x 0,063 0,91 F F 2 2=2.  hh=1,47.0,296 = 0,435 c)Hiệu suất của đĩa dưới cùng Độ nhớt của CH3COOH ở 108,28 oC 2108,28=0,5304(10-3.N.S/m 3) Độ nhớt của nước ở 108,28oC là 1100,6= 0,2625(10-3.N.S/m3) Độ nhớt của hổn hợp ở 108,28 oC là lg 3hh=x w.lg 1108,28 +(1 -xw).lg 2108,28 =0,27.lg0,2625 + 0,73lg0,5304 lg 2hh= -0,5378 ;2hh=0,4387(10-3.N.S/m3) y 1  xw 0,3884 0,73 w 3=   1,717 . . 1 y x 0,6116 0,27 w w 3 3=3.  hh=1,717.0,4387 = 0,753 Vậy hiệu suất trung b ình của tháp là:     0,753  0,435  0,4156 1 2 3 =   0,5345 3 3 Từ đây ta tính đ ược số đĩa thực tế là: N 17 lt  31,8 (đĩa) Ntt=  0,5345  Như vậy số đĩa thực tế là 32 đĩa Trong đó: Chưng :Nc = 21 đĩa Luyện: Nl =11 đ ĩa GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang8
  9. SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN ĐỒ ÁN QT&TBCNHH CHƯƠNG II TÍNH KÍCH THƯỚCTHIẾT BỊ I.Tính đường kính thiết bị: Dchưng  Dluyện Đường kính của thiết bị được xác định theo công thức g tb D = 0,0188. (m) (IX.90-sô tay TII)  .W y y Trong đó : gtb lượng h ơi trung bình đi trong tháp y khối lượng riêng trung bình của pha hơi đi trong tháp (Kg/m3) wy vận tốc trung bình của hơi đi trong tháp(m/s) Vì lượng h ơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao tháp và khác nhau trong mỗi đoạn của tháp nên phải tính lượng hơi lỏng cho từng đoạn. 1. Đường kính đoạn luyện. g g d 1 gtb= (IX.91.ST-TII) 2 gtb: lượng hơi trung bình đ i trong đoạn luyện (kg/h, kmol/h) gd : lượng hơi đi ra khỏi điã trên cùng của đoạn luyện. g1 : lượng hơi đi vào đ ĩa dưới cùng của đoạn luyện. a)Lượng h ơi đi ra khỏi đỉnh tháp. gd = GR+Gp= Gp(Rx+1) (IX.92 ST-TII). Gp: lượng sản phẩm đỉnh (kg/h,kmol/h). GR: lượng chất lỏng hồi lưu (kg/h,kmol/h). Rx: Chỉ số hồi lưu. Mà Gp= 1505,64.2,378 = 3580,4 (kg/h). b)Lượng h ơi đi vào đoạn luyện. Giữa lượng h ơi g1 h àm lượng hơi y1 và lượng h ơi G1 đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện được xác định theo hệ phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lư ợng sau: g1=G1+Gp (1) g1.y1=G1.x1+Gp.xp (2) g1.r1 =gd.rd (3) trong đó: x1= xF = 0,91 r1 ẩn nhiệt hoá hơi của hổn hợp đi vào đ ĩa thứ nhất của đoạn luyện (Kcal/kg). rd ẩn nhiệt hóa hơi của hổn hợp đi ra khỏi tháp (Kcal/kg) (đ ĩa thứ nhất) r1=ra.y1+(1 -y1).rb (đ ĩa trên cùng) rd= ra.yd+(1-y1).rb trong đó: ra,rb ẩn nhiệt hóa hơi của H2O và CH3COOH nguyên ch ất yd n ồng độ của H2O trong hổn hợp đầu. y1 h àm lượng h ơi đối với đĩa 1 của đoạn luyện. Dựa vào phương pháp nội suy xác định ẩn nhiệt hóa hơi của nước và của CH3COOH ở các nhiệt độ khác nhau: Ở 100oC r1a =539(kcal/kg) Ở 140oC r2a =513(kcal/kg) Ta có ở nhiệt độ tF=100,6oC (ứng với rd) ẩn nhiệt hóa hơi của nước là: GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang9
  10. SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN ĐỒ ÁN QT&TBCNHH r3a= 539 - 0,65.0,6 = 538,61 (kcal/kg) ở nhiệt độ tp=100,2oC (ứng với rd) ẩn nhiệt hóa hơi của nước là: r4a= 539 - 0,65.0,2 = 538,87 (kcal/kg) Ẩn nhiệt hóa hơi của CH3COOH : rb (kcal/kg) Ở 100oC có r1b =97(kcal/kg) Ở 140oC có r2b =94,4(kcal/kg) Vậy với nhiệt độ tF=100,6 suy ra r3b=96,96 (kcal/kg) Với tp =100,2 suy ra r4b= 96,98(kcal/kg) Suy ra r1=538,61.y1+(1-y1).96,96 rd= 538,87.0,9776+0,0224.96,98 = 528,97 Giãi hệ 4 phương trình: g1=G1+Gp (1) g1.y1=G1.x1+Gp.xp (2) g1.r1 =gd.rd (3) r1 = 538,61.y1+(1 -y1).96,96 (4) Ta có: y1= 0,91 tương ứng: x1=0,87, t1=100,8oC G1 = 296,495(kmol/h) g1 = 218,485(kmol/h) Lượng hơi trung b ình đi trong đoạn luyện g g d 1 gtbl =  4033,066 (kg/h) 2 gd =189,031(kmol/h) Lượng lỏng trung bình trong đoạn luyện G G .R 296,495  78,01.1,378 x 1 p Gtbl =  2 2 Gtbl =202(kmol/h) = 2875,3(kg/h). c) Vận tỗc h ơi đi trong đoạn luyện Vận tốc hơi được xác định theo công thức 1 1 0 ,16  2.  d .  ytb  x  G x )  ytb 8 4  wx  )  = A - 6,75. ( .( .( ). Lg  3 g . vd .  n   xtb Gg  xtb   (Sổ tay II-IX.115) Trong đó : A h ằng số A= -0,125. wx: vận tốc đặc pha (m/s). d :Bề mặt tự do của đệm (m2/m3). Vd: Th ể tích tự do của đệm (m3/m3). ytb :khối lượng riêng trung bình của h ơi.(kg/m3). xtb : Khối lượng riêng trung bình của lỏng (kg/m3). x: Độ nhớt của hổn hợp lỏng ở điều kiện trung bình (N.S/m2). n : Độ nhớt của nước ở 20oC (N.S/m 2). Gy :Lư ợng hơi trung bình đi trong đoạn luyện (kg/h). Gx : Lượng lỏng trung bình đi trong do ạn luyện (kg/h). Chọn loại đệm vòng có kích thư ớc chưa có và d =310(m2/m3), Vd =0,71(m3/m3). GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang10
  11. SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN ĐỒ ÁN QT&TBCNHH Xác đ ịnh khối lượng riêng: [ y .18  (1  y ).60].273 tbl tbl ytb = (IX.102-ST TII). 22,4.(273  100,4) yy 0,937  0,9776 1 p với ytbl =   0,9573 2 2 [0,9573.18  0,0427.60].273 3 Suy ra : ytb =  0,646 (kg/m ). 22,4.(273  100,4)  atb1  1  atb1 1 (IX.104a-ST TII).    xtb xtb1 xtb 2 x .18 0,92.18 tb1 = a   0,775 tb1 x .18  (1  xtb1).60 0,92.18  0,08.60 tb1 (phần khối lượng ứng với to trung bình). Với xtb1 : nồng độ trung b ình của pha lỏng tương ứng với ytbl =0,9573 xtb1 : Khối lượng riêng của H2O tại 100,8 oC (kg/m3). xtb2 : Khối lượng riêng của CH3COOH tại 100,8 oC (kg/m3). Dựa vào phương pháp nội suy Ở 100oC 1 của nước là 958,38 (kg/m3). 1 của CH3COOH là 958 (kg/m 3). Ở 110oC 2 của nước là 951 (kg/m3). Khối lượng riêng của nước tại 100,8oC là xtb1= (951- 958)/10 .0,8+958,38 = 957,79 Ở 120oC khối lượng riêng của là 2 = 922(kg/m3). Suy ra kh ối lượng riêng của CH3COOH ở 100,8 oC là xtb2 =(922-958):20.0,8+958 =956,56 1 0,775 0,225 Vậy    957,79 956,56 xtb =957,51 (kg/m3).  Suy ra xtb Độ nhớt của nước ở 100,8 oC là 1100,8=0,2819 (10-3.N.S/m2) Độ nhớt của CH3COOH ở 100,8oC là 2100,8=0,4668 (10-3.N.S/m2) Lgx =0,78.lg1100,8+0,13.lg2100,8 =0,78.lg0,2819 +0,13.lg0,4668 x =0,5937 (10 -3.N.S/m2); n = 1,005 (10-3.N.S/m2) ở 20oC Thay các giá trị vào công thức (IX.115-ST II) Ta có : wx = 2,79 (m/s). Vận tốc thực tế chọn là : wL = 0,7. wx =1,954(m/s). Đường kính đoạn luyện là: G 4033,066 L DL =0,0188.  1,063 (m).  0,0188. w . 1,954.0,646 L yl GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang11
  12. SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN ĐỒ ÁN QT&TBCNHH 2. Đường kính đoạn chưng. ' g tb Dc =0,0188. (m) ' '  . wytb ytb a)Lượng h ơi đi trong đoạn chưng ' ' g g g'tb = n 1 (kg/h). 2 gn' : lượng hơi đi ra khỏi đọan chưng. (kg/h) gn' : Lượng hơi đi vào đọa chưng (kg/h) g1 :lượng đi vào đo ạn ch ưng trừ GF g1= gn'=218,485 (kmol/h) - 85,08(kmol/h) = 5730,599(kg/h) ' g g g'tb 1 1 Nên = 2 Ta có h ệ phương trình sau , , G  g  G (1) 1 W 1 ' , , G . x  g . y  G . x (2) 1 1 W W 1 W , , , , g . r  g .r  g .r (3) 1 n 1 1 n 1 , G : lượng lỏng đi trong đoạn chưng [kmol/h] 1 , y  y : hàm lượng hơi đi vào đoạn chưng 1 W , , r  r a. y  1  y . r : ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn ,   1 b   1 1 chưng. 0 r : ẩn nhiệt hóa hơi của H2O ở 108,3 C , r 0 = 534,2 [kcal/kg] a a r : ẩn nhiệt hóa hơi của CH3COOH ở 108,3 C , r = 96,46 [kcal/kg] b b , r = 267,18 [kcal/kg] =25644,87 1 , , r : ẩn nhiệt hóa ơi đi vàođĩa trên cùng của đoạn chưng , r = r n n 1 G : lượng sản phẩm đáy [kmol/h] W Giãi hệ phương trình trên ta có: , g = 161,12 [kmol/h] 1 , G = 168,19 [kmol/h] 1 , , x = 0,2843 [phần mol] , nồng độ pha lỏng hơi cân bằng ứng với x là 1 1 y*= 0,4058, t = 107,90C * 1 , g = 161,12. [y*1.18+(1-y*1).60]=6921,135 [kg/h] 1 , ' ' G = 168,19. [x 1.18+(1- x 1).60] = 8083,11 [kg/h] 1 Lượng hơi trung b ình đi trong đoạn ch ưng" , g g 6921,153  5730,599 , g 1 1  6325,867 [kg/h]   2 2 tb GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang12
  13. SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN ĐỒ ÁN QT&TBCNHH Lượng lỏng trung bình đi trong đo ạn chưng , G G  , 1 x G tb 2 G : lượng lỏng đi vào đĩa dưới cùng của đoạn chưng x G =Gw=347,46 [kg/h] x , G  G 347,46  8083.11 = 4215,285 [kg/h] , 1 x G 2 = tb 2 b)Xác đ ịnh vận tốc h ơi b )Xác định vận tốc hơi đi trong đo ạn luyện , Ta có G x =4215,285 [kg/h] lượng lỏng trungbình trong đọan chưng , = 6325,867 [kg/h] lượng hơi trung b ình đi trong đo ạn ch ưng G y xác đ ịnh khối lượng riêng của hổn hợplỏng và hơi ' yy 0,4058  0,3884 , y 1 W  0,397   2 2 tb1 0,397.18  0,603.60.273 ,  ytb  22,4.273  104,24 = 0,5364 [kg/m3] , xtb1.18 atb2  , .18  1  , .60  0,103   xtb1 xtb1 Ở nhiệt độ108,01 0C : , = 952,47 [kg/m 3]  Kh ối lư ợng riêng của H2O là xtb1 , = 943,58 [kg/m3]  Kh ối lư ợng riêng của CH3COOH là xtb 2 a 1  atb 2 1 , 3  tb 2 Vậy suy ra  944,6 [kg/m ]   , , , xtb   0 xtb xtb1 xtb 2 Độ nhớt ở nhiệt độ 108,01 C 0,232  0,284 108, 01 -3 2  Độ nhớt của H2O là .8,01  0,284  0,263 [10 N.s/m ]  20 1 0,63  0,46 108, 01 -3 2 Độ nhớt của CH3COOH là  .8,01  0,46  0,528 [10 N.s/m ]  20 2 108, 01 108, 01 Vậy lg   0,2943. lg   (1  0,2943). lg  x 1 2 -3 2  suy ra  0,69524 [10 N.s/m ] x Thay các giá trị vào công thức (IX.115) ta có wy'=3,167 [m/s] ' Chọn wtbc =0,7. wy = 0,7.3,167 = 2,217[m/s] Đường kính đoạn chưng là 6325,867  0,0188. = 1,371 [m] D C 2,217.0,5364 II . Tính chiều cao của tháp H = Ntt.Htd (10_40_QT&TBCNHH II) Ntt: số đĩa thực tế Htd: chiều cao của bậc thay đổi nồng độ [m] ta có GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang13
  14. SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN ĐỒ ÁN QT&TBCNHH G 0 ,19 0 , 039 x 0 , 342 lg .   y Gy  m.G y h . x  R e 0, 2 .  .  td  8,4. .    y G d  Gx   x y td  1  m. G x (10_41_QT&TBCNHH II) 4.V td trond đó : đường kính tương đương của đệm [m] = d td  d w .d .  y td y Chuẩn số Reynon Re  3 V . d y  :Khối lượng riêng của hơi [kg/m3] y  :khối lượng riêng của lỏng [kg/m3] x w : Vận tốc hơi đi trong tháp y 2 3  : bề mặt riêng của đệm[m /m ] 3 d 3 V : thể tích tự do của đệm [m /m ] d G , G : lượng lỏng và hơi trung bình đi trong tháp [kg/h] y x [N.s/m2]   : độ nhớt của hơi và lỏng đi trong tháp theo nhiệt độ trung bình x y m : giá trị tg trung bình trên đường cân bằng 1. Chiều cao đệm của đoạn luyện Các số liệu đ ã có : G y = 4033,066[kg/h] = 3875,3 [kg/h] G x wy =1,954 [m/s]  = 0,5937 [10-3.N.s/m2] x = 0,646 [kg/m3]  y =957,51 [kg/m 3]  x  Độ nhớt của pha hơi : y a 1  ah 1 h      y 1 2 o ah :Nồng độ phần khối lượng của H2O trong pha hơi ở nhiệt độ 100,8 C ah = 0,775 : độ nhớt của H2O ở 100,80C , = 28,19 [10-3.N.s/m 2]   1 1 : độ nhớt của CH3COOH ở 100,8 0C , = 0,4668 [10-3.N.s/m2]   2 2 = 0,3095 [10-3.N.s/m 2]  suy ra y GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang14
  15. SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN ĐỒ ÁN QT&TBCNHH 1,954.0,00916.0,646 .103 = 52,618 R  e 0,71.0,3095 m = 0,81 Thay các thông số vào công thức (10_41) ta có Htd =34,6912.0,00916 = 0,3178 [m] Suy ra chiều cao đoạn luyện là H1 = 0,3178.11 = 3,496 [m] 2. Chiều cao đoạn chưng và toàn tháp G x = 1215,285 [kg/h] G y =6325,867[kg/h] wy = 2,217 [m/s] =0,69524 [10-3.N.s/m2]  x = 0,5364 [kg/m 3] ; = 944,6 [kg/m3 ]   y x m = 0,69,dtd =0,00916 độ nhớt của pha hơi 0,4058.18 , = 0,17 a  h 0,4058.18  0,5942.60 ' ' a 1  ah 1 h    y 1 2 Với 1 ,2 :là đọ nhớt của H2O và CH3COOH ở nhiệt độ 108,01 oC 1 0,17 0,83 =>y =0,45 (10-3.N.s/m2)    0,263 0,528 y 2,217.0,00916.0,5364 .10 3 = 34,094 R  e 0,71.0,45 Thay các giá trị vào công thức (10_41) ta có h  34,024 => htd =34,024.0,00916 = 0,31166 (m) td d td Chiều cao của đoạn nhưng là Hc = 0 ,31166.21 = 6,545 (m) Vậy chiều cao của toàn tháp là H = Hc +HL +h = 6,545 + 3,496 +0,8=10,84 (m). Chọn h=0,8 :chiều cao cho phép ở đỉnh và đáy H=10,84(m). GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang15
  16. SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN ĐỒ ÁN QT&TBCNHH CHƯƠNG III. TÍNH TRỢ LỰC CỦA THÁP Sức cản thủy học của tháp đệm đối với hệ h ơi lỏng được xác định theo công thức sau: 0 , 038   0 , 342 0 ,19  Gx    y    x     .  .    p   p .1  A. (N/m 2) (IX.118_sổ tay II) Gy       æ k     x  y     A = 5,15: hệ số  p : tổn thất áp suất khi đệm ướt tại điểm đảo pha có tốc độ của khí đi qua đệm æ khô (N/m2) 2  p : tổn thất áp suất của đệm khô[ N/m ] k G x , G y : lượng lỏng, hơi trung bình đi trong tháp [kg/s]   : độ nhớt trung bình của lỏng, hơi [N.S/m2] x y  ,  :khối lượng riêng trung bình của lỏng,hơi [kg/m3] x y Tổn thât áp suất của đệm kho tính theo công thức : 2 2  . w  H . w .  , H t y , [N/m2] y y  p . d (IX.119_sổ tay II)  . . . 3 d 2 4V 2 k td d , w y Vận tốc thực của khí trong lớp đệm w  (IX.120_sổ tay II) t V d Trong đó H : chiều cao tháp đệm [m] ,  :hệ số trở lực của đệm bao gồm cả trở lực ma sát và trở lực cục bộ,với các loại đệm khác nhau th ì xác định theo công thức thực nghiệm khác nhau , wy : Tốc độ của hơi tính trên toàn bộ tiết diện của tháp [m/s] : bề mặt riêng của đệm [m 2/m3]  d : thể tích tự do của đệm [m3/m3] V d Tổn thất áp suất của đệm khô xác định theo công thức sau ( chọn > 40 nghĩa là R ey đệm đổ lộn xộn) 0, 2 ,1,8 1, 2 1,56.H . wy . d .  [N/m2] y p (IX.121_sổ tay II).   3 k V d I . Trở lực cho đoạn luyện Các số liệu đã có : Tốc độ bay hơi wy= 2,79 [m/s] G x = 3875,3 [kg/h] G y = 4033,066 [kg/h] = 975,51 [kg/m3]  x = 0,3095 [kg/m3]  y = 0,5937 [10-3.N.s/m2]  x GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang16
  17. SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN ĐỒ ÁN QT&TBCNHH = 0,3095 [10-3.N.s/m2]  y 2,79 Vận tốc của h ơi trong đ ệm w  0,71 = 3,93 [m/s] 1 0,3095.103 0, 2 1,8 0,8 1, 2 1,56.3,496.3,93 . 0,646 .310 . =24478,215 [N/m2] p   0,71 3 k1 0, 342 0 ,19 0 , 037   3875,3   0,646   0,5937      p  24478,2151  5,15.  .  .  æ1  4033,066   957,51   0,3095      2 = 54799,26 [N/m ] II . Trở lực của đoạn chung Vận tốc thực của hơi trong đệm w1'= 4,46[m/s] 0,45.1030, 2 1,8 0,8 1, 2 1,56.6,45. 4,46 .310 . 0,5364 . = 53447,76 [N/m2] p   0,71 3 k2 0, 324 0 ,19 0, 038   4215,285   0,5364   0,69524      p  53447,76.1  5,15.  .  .  æ2  6325,867   944,6   0,45      2 = 112754 [N/m ] Vậy trở lực của toàn tháp là : 2  p   p   p = 53447,76 +112754 = 167553,27 [N/m ] æ æ1 æ2 GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang17
  18. SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN ĐỒ ÁN QT&TBCNHH CHƯƠNG 4 CÂN BẰNG NHIỆT LUYỆN CHO QUÁ TRÌNH CHƯNG LUYỆN I . Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt hổn hợp QD1  Q f  Q F  Q ngl  Q xql [J/h] Trong đó : * Nhiệt lượng do h ơi đốt mang vào Q  D1 . 1  D1.r1   1 .C1 [J/h] D1 : lượng hơi đốt [kg/h] D1 r1 : Ẩn nhiệt hoá hơi của hơi đốt [J/kg] 1 : hàm nhiệt (nhiệt lượng 0riêng) của hơi đốt [J/kg]  1 : nhiệt độ nước nhưng [ C] C1 : nhiệt dung riêng của nước ngưng [J/kg.âäü] * Nhiệt lượng do hổn hợp đầu mang ra Q  F .C F .t F [J/h] F F : lượng hổn hợp đầu [kg/h] C F : nhiệt dung riêng của hổn hợp khí đi ra [J/kg. độ] 0 t F : nhiệt độ của hổn hợp khí ra khỏi hổn hợp khí đun nóng [ C] Q * Nhiệt lượng do hổn hợp đầu mang vào [J/h]  F .C f .t f f : nhiệt dung rieng của hổn hợp đầu [J/kg. độ] C f : nhiệt độ đầu của hổn hợp [0C] t f Q  G ngl .C1 . 1  D .C . * Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra [J/h] 1 1 1 ngl : lượng n ước ngưng ,bằng lượng hơi đốt [kg/h] G ngl * Nhiệt lượng mất ra môi trường xung quanh lấy bằng 5% nhiệt tiêu tốn Q xql  0,05. D1. r1 [J/h] *Lư ợng hơi đốt (lượng h ơi nước) cần thiết để đun nóng dung dịch đầu đến nhiệt độ sôi là :   [kg/h] Q Q Q Q Q Q F . C F .t F  C f .t f F ngl xql f F f D1     0,95. r 0,95. r1 1 1 Để đảm bảo đun nóng ở đáy tháp được liên tụcvới hiệu suất cao,ta chọn h ơi đốt là hơi nước bảo hoà có nhiệt độ là125 0C và ở áp suất 2,37 atm 100 , 6 Nhiệt dung riêng của CH3COOH ở 1 00,6 0C C 2 = 2433,2 [J/kg. độ] 100.6 Nhiệt dung riêng cuar H2O ở 100,6 0C C1 = 4219,4 [J/kg.âäü] Nhiệt dung riêng của hổn hợp ra khỏi thiết bị đun nóng CF= 0,75.4219,4 + 0,25.2433,2 = 3772,85 [J/kg. độ] Chọn nhiệt độ của hổn hợp đẩu trước khi vào thiết bị đun nóng là 28 0C , ta có : 28 Nhiệt dung riêng của nước ở 28 0C là (áp suất kq) C1 = 4181,8 [J/kg. độ] Nhiệt dung riêng của CH3COOH ở 28 0C là (áp suất kq) 28 C 2 = 2096,82 [J/kg. độ] Vậy nhiệt dung riêng của hổn hợp vào thiết bị gia nhiệt là : Cf = 0,75.4181,8 + 0,25.2096,82 = 3660,6 (J/kg. độ) Ở 125 0C ẩn nhiệt hoá hơi của hơi nước là r1 = 523,5 (kcal/kg) = 2194.103 [J/kg] Vậy lư ợng hơi đốt cần để đun hổn hợp đầu đến nhiệt độ sôi là : GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang18
  19. SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN ĐỒ ÁN QT&TBCNHH 3772,85.100,6  3660,6.28 D1= 1853,1 = 334,193 [kg/h] 3 0,95.2194.10 Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào là: QD1 = D1.r1 = 234,193.2194.103 = 733219315 [J/h] II . Cân bằng nhiệt lượng cho tháp chưng luyện Lượng h ơi đốt cần thiết để đun sôi hổn hợp ở đáy tháp được xác định theo biểu thức sau : Q Q Q Q Q n W m f x D2 = [kg/h] r 1 Trong đó D2 :lượng hơi đốt cần thiết [kg/h] Q : Nhiệt lượng của hơi mang ra khỏi đỉnh tháp [J/h] n Q : nhiệt lượng của sản phẩm đáy [J/h] W Q : nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh , Q = 5%. Q [J/h] m w m2 Q : nhiệt lượng của lỏng hồi lưu [J/h] x Q : nhiệt lượng do hổn hợp đầu mang vào [J/h] f r : ẩn nhiệt hoá hơi của hơi đốt [J/kg] 1 1. Nhiệt lượng của hơi mang ra khỏi đỉnh tháp Hơi ra khỏi đỉnh có nhiêt độ là tp = 100,2 0C Qn = P.(1+ Rx).  [J/h] P = 1505,64 [kg/h] : lượng sản phẩm đỉnh . Rx : chỉ số hồi lưu (Rx = 1,378)  : nhiệt lượng riêng của hổn hợp hơi [J/kg]   a1.  1  1  a1.  2 Với : a1 , 1 : là nồng độ phần khối và nhiệt lượng riêng của H2O trong hơi 0  2 : nhiệt lượng riêng của CH3COOH trong hơi [J/kg] ở 100,2 C 100, 2 100, 2 =r  C1 .100,2 1 1 100, 2 3 r = 538,94 (kcal/kg) = 2256,43.10 [J/kg] 1 100 , 2 C = 4218,87 [J/kg. độ] 1 3 3  = 2256,43.10 + 4218,87.100,2 = 2679,16.10 [J/kg] 1 100, 2 100 , 2   r  C .100,2 2 2 2 100, 2 3 3 r = 96,99.4,181.0 = 406,07.10 [J/kg] 2 100 , 2 C = 2430,52 [J/kg. độ] 2 3 3  = 406,07.10 + 2430,52.100,2 = 649,608.10 [J/kg] 3 2 3 3  = 0,9.2679,16.10 +0,1. 649,608.10 = 2458,2048.10 [J/kg] Q = 1505,64.2,378.2458,2048 = 8801,386.106 [J/h] Vậy: n 2 . Nhiệt lượng của sản phẩm cháy Sản phẩm đáy sôi ở 108,3 0C GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang19
  20. SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN ĐỒ ÁN QT&TBCNHH Q = W .C .t [J/h] W W W C  a .C  1  a .C 108, 3 108, 3 mà: W 2 1 2 2 108, 3 Nhiệt dung riêng của H2O ở 108,3 0C là: = 2,07467 [J/kg. độ] C 1 108, 3 0 Nhiệt dung riêng của CH3COOH ở 108,3 C : C 2 = 2644,18 [J/kg. độ] a2 :nồng độ phần khối lượng của H2O trong sản phẩm đáy C W = 0,1.2074,67 + 0,9.2644,18 = 2587,23 [J/kg. độ] = 347,46.2587,23.108.3= 97,3573.106 [J/h] Q W 3 . Nhiệt lượng do lỏng hồi lưu mang vào tháp Ta xem quá trình ngưng tụ của sản phẩm đỉnh là đ ẳng nhiệt (nghĩa là nhiệt độ của lỏng hồi lưu vào tháp là100,1 0C ) Q X  P.Rx.tx.Cx [J/h] Rx =1,378, P = 1505,64 [kg/h] Cx= 0,968.4207,82 + 0,032.2373 = 4149,106 [J/kg. độ] Q X  1505,64.1,378.90.4149,106 = 774,76.106 [J/h] Nhiệt lượng của hổn hợpđầu mang vào tháp Q = 1853,1.3772,85.106 = 703,34.106 [J/h] f CF :nhiệt dung riêng của hổn hợp ra khỏi thiết bị đun nóng. Lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi hổn hợp ở đáy tháp Q Q  Q Q Q n w m f x D2 = r 1 6 6 6 6 (8801,386.10  97,3573.10  0,05.2194.334,193  774,76.10  703,34.10 ) D2= 3 0,95.2194.10 D2= 3560,3 [kg/h] Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào QD2 = 3560,3.2194.103 = 7811,24.106 [J/h] III . Cân băng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ Dùng chất tải nhiệt là nước lạnh Chọn : tvào =25oC ,tra =50 oC Theo nguyên tắc ngược chiều ta có: Gp.Rx.r = Gn.Cn.t 50  25 o Nhiệt đọ trung bình: ttb =  37,5 C 2 o Cn :Nhiệt dung riêng của H2O ở 27,5 C ,Cn = 4181,043 [J/kg. độ] Gn : Lượng hơi nước tiêu tốn [kg/h]. r : ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước r = xp. r O +(1-xp).rax =0,968. r O +(1-0,968).rax H2 H2 124  132 3 rax = .17,5  132  128,5.4,1868. 10 = 538003,8 [J/kg] 40 579  594 r H 2O = 40 .17,5  584  581,8 [Kcal/kg] =2435932,6 [J/kg] r = 2358.103 + 17,2.103 =2375,2.103 [J/kg] Lượng nư ớc tiêu tốn là : Gn = 31430,74 [J/kg] GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản