Đồ án môn học " Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước "

Chia sẻ: Trần Hoàng | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:45

0
464
lượt xem
155
download

Đồ án môn học " Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước "

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

Chưng là phương pháp dùng để tách các hỗn hợp chất lỏng cũng như các hỗn hợp khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp ,nghĩa là khi ở cùng một nhiệt độ thì áp suất hơi của các cấu tử khác nhau. Khi chưng ta thu được nhiều sản phẩm và thường bao nhiêu cấu tử sẻ có bấy nhiêu sản phẩm .Đối với trưòng hợp hỗn hợp chưng chỉ gồm hai cấu...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Đồ án môn học " Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước "

  1. Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước Phần 1 : MỞ ĐẦU I.Lý thuyết về chưng luyện Chưng là phương pháp dùng để tách các hỗn hợp chất lỏng cũng như các hỗn hợp khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp ,nghĩa là khi ở cùng một nhiệt độ thì áp suất hơi của các cấu tử khác nhau. Khi chưng ta thu được nhiều sản phẩm và thường bao nhiêu cấu tử sẻ có bấy nhiêu sản phẩm .Đối với trưòng hợp hỗn hợp chưng chỉ gồm hai cấu tử thì sản phẩm đỉnh gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi bé còn sản phẩm đáy gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi lớn. Trong sản xuất có rất nhiều phương pháp chưng như chưng đơn giản ,chưng bằng hơi nước trực tiếp ,chưng chân không và chưng luyện .Tùy thuộc vào điều kiện sẵn có , tính chất hỗn hợp , yêu cầu về độ tinh khiết sản phẩm mà ta chọn phương pháp chưng cho thích hợp . - Chưng đơn giản dùng để tách các hỗn hợp gồm các cấu tử có độ bay hơi rất khác nhau .Phương pháp này thường dùng để tách sơ bộ và làm sạch cấu tử khỏi tạp chất. - Chưng bằng hơi nước trực tiềp dùng tách các hỗn hợp gồm các chất khó bay hơi và tạp chất không bay hơi ,thường dùng trong trường hợp chất được tách không tan vào nước - Chưng chân không dùng trong trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi cấu tử .Ví dụ như trường hợp các cấu tử trong hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao hay trường hợp các cấu tử có nhiệt độ sôi quá cao. - Chưng luyện là phương pháp phổ biến nhất để tách hoàn toàn hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan một phần hoặc hòa tan hoàn toàn vào nhau. Chưng luyện ở áp suất thấp dùng cho các hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao và hỗn hợp có nhiệt độ sôi cao. Chưng luyện ở áp suất cao dùng cho các hỗn hợp không hóa lỏng ở áp súât thường. Chưng luyện ở áp suất thường (áp suất khí quyển ) dùng cho hỗn hợp không thuộc các trường hợp trên. Người ta tiến hành chưng luyện hỗn hợp cần chưng trong tháp chưng luyện ,tháp gồm nhiều đĩa ,trên mỗi đĩa xảy ra quá trình chuyển khối giữa pha lỏng và pha hơi. Hơi đi từ dưới lên qua các lổ của đĩa ,lỏng đi từ trên xuống theo các ống chảy chuyền, nồng độ các cấu tử và nhiệt độ sôi ở mỗi đĩa thay đổi theo chiều cao của tháp .Do đó một phàn cấu tử dễ bay hơi chuyển từ pha lỏng vào pha hơi và một phần ít hơn chuyển từ pha hơi vào pha lỏng , lặp lại nhiều lần bốc hơi và ngưng tụ như thế , hay nói một cách khác ,với một số đĩa tương ứng , cuối cùng ở trên đỉnh tháp ta thu được cấu tử dễ bay hơi ở dạng nguyên chất và ở tháp ta thu được cấu tử khó bay hơi ở dạng nguyên chất . Quá trình chưng luyện được thực hiện trong thiết bị loại tháp làm việc liên tục hoặc gián đoạn. Trang 1
  2. Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước Ơ đây ta sẽ thiết kế hệ thống chưng luyện tháp chóp làm việc liên tục với hỗn hợp chưng là rượu mêtylic và nước.Khi chưng luyện liên tục , hỗn hợp đầu được đưa vào tháp ở đĩa tiếp liệu (nằm ở phần giữa thân tháp ) một cách liên tục , sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy cũng được lấy ra liên tục. II.Tính chất lý hóa của rượu mêtylic 1.Tính chất lý học: Rượu mêtylic là chất lỏng không màu,tan vô hạn trong nước có mùi vị đặc trưng , rất độc , chỉ một lượng nhỏ xâm nhập vào cơ thể cũng có thể gây mù lòa ,lượng lớn gây tử vong. -Nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển t0s = 64,50C - Khối lượng riêng ở 200C  = 791,7 Kg/m3 -Độ nhớt ở 200C  = 0,6.103 N.s/m2 =0,6 cp -Hệ số dẫn nhiệt ở 200C  = 0,179kcal/m.h.độ = 0,2082 W/m.độ 0 -Nhiệt dung riêng ở 20 C CP= 2570 J/kg.độ r = 262,79 kcal/kg ở 64,50C -Nhiệt hóa hơi tnc= -97,80C -Nhiệt độ nóng chảy 2.Tính chất hóa học: Rượu mêtylic có công thức phân tử : CH3OH H công thức cấu tạo : H-C-O-H H phân tử lượng : 32 đvC Trong phân tử rượu mêtylic có 3 loại liên kết : C - H , C - O , O - H ,trong đó hai liên kết sau là liên kết cộng hóa trị phân cực ,đó là do độ âm điện của O lớn hơn của C và H nên trong cả hai liên kết đó cặp electron góp chung đều lệch về phía O làm cho nguyên tử H trở nên linh động hơn.Rượu mêtylic có khả năng tham gia các phản ứng sau: - làm phá vỡ liên kết C-OH với sự tách đi của nhóm -OH - làm phá vỡ liên kết _-O-H với sự tách đi của -H. - bị oxy hóa thành fomanđêhit : CH3OH + CuO  HCHO + Cu Rượu mêtylic được ứng dụng để sản xuất anđêhytfomic làm nguyên liệu cho công nghệ chất dẻo. III.Tính chất lý hóa của nước - Nước là chất lỏng không màu ,không mùi ,không vị. - Nhiệt độ sôi ở 760mmHg là 1000C. - Hóa lỏng ở 00C. - Khối lượng riêng  = 997,08 kg/m3 ở 250C. - Độ nhớt  = 0,8937.103N.s/m2 = 893,7 Cp ở 250C - Nhiệt dung riêng CP = 0,99892 kcal/kg.độ ở 250C - Nhiệt hóa hơi ở áp suất khí quyển r = 540 kcal/kg - Nước có công thức phân tử H2O ,công thức cấu tạo H-O-H Trang 2
  3. Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước Nước là hợp chất phân cực mạnh, có thể hòa tan nhiều chất rắn ,lỏng ,khí - Nước cần thiết cho sinh hoạt hằng ngày ,sản xuất nông nghiệp ,công nghiệp , xây - dựng , giao thông vận tải. - Nước dùng để điều chế oxy. IV.Ưu ,khuyết điểm của phương pháp chưng đĩa chóp : Ưu điểm:Tách được sản phẩm có độ tinh khiết cao,dễ khống chế quá trình,bề mặt tiếp xúc pha tương đối lớn ,trở lực không cao. Khuyết điểm:Tiếp xúc pha không liên tục, cấu tạo phúc tạp. V.Dây chuyền công nghệ: Thiết kế như hình vẽ. Hỗn hợp đầu từ bể chứa 1 được bơm 2 bơm lên thùng cao vị 3rồi theo ống dẫn qua van điều chỉnh lưu lượng 5 (điều chỉnh lượng hỗn hợp đầu vào tháp) đến thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu 6 .Sự có mặt của thùng cao vị đảm bảo cho lượng hỗn hợp đầu vào tháp không dao động ,trong trường hợp công suất bơm quá lớn hỗn hợp đầu sẽ theo ống tuần hoàn 4 tràn về bể chứa hỗn hợp đầu .Thiết bị đun sôi 6 là thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm với tác nhân nóng là hơi nước bão hòa . Ra khỏi thiết bị đun sôi ,hỗn hợp đầu ở nhiệt độ sôi đi vào tháp 7 ở đĩa nạp liệu . Sản phẩm đỉnh ở dạng hơi được ngưng tụ hoàn toàn khi đi qua thiết bị ngưng tụ 8 đến thiết bị phân tách hồi lưu 9 ,một phần sản phẩm đỉnh hồi lưu trở về đỉnh tháp,phần còn lại đi vào thiết bị làm nguội 10 được làm lạnh và đi vào bể chứa sản phẩm đỉnh 11.Thiết bị ngưng tụ 8 và thiết bị làm nguội 10 cũng là thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm với tác nhân làm nguội là nước lạnh . Sản phẩm đáy đi ra khỏi tháp ở đáy được dẫn vào bể chứa sản phẩm đáy 12 ,được làm nguội tự nhiên .Sản phẩm đáy ở đây là nước có chứa một ít metylic nên được xủ lý rồi thải ra môi trường . 13 là tháp chứa nước làm mát . 14 là bình phân phối hơi đốt . Phần 2 : TÍNH CÔNG NGH Ệ Các ký hiệu sử dụng trong quá trình tính toán : GF : lượng hỗn hợp đầu GP : lượng sản phẩm đỉnh GW : lượng sản phẩm đáy aF : nồng độ phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu aP : nồng độ phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đỉnh aW : nồng độ phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy xF : nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu. xP : nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong trong sản phẩm đỉnh xW : nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy Cấu tử dễ bay hơi A: rượu metylic , cấu tử khó bay hơi B : nước. Trang 3
  4. Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước Chương I: TÍNH SỐ ĐĨA I.Tính lượng hỗn hợp : 1.Nồng độ phần mol: aA MA xA = aA a B MA MB 38 32 = 0,2564 phần mol => xF = 38 32  62 18 98 32 = 0,965 phần mol => xP = 98 32  2 18 2 32 = 0,0113 phần mol => xW = 2 32  98 18 2.Lưu lượng hỗn hợp đầu và sản phẩm đáy: Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp: F = P + W (1) Viết cho cấu tử dễ bay hơi: F.xF = P.xP + W.xW (2) Từ (1) và (2) suy ra: P W F = = x P  xw xF  xw xP  xF Vậy lượng sản phảm đỉnh là: 0,2564  0,0113  xw .xF P=F = 2000. = 514 Kg/h 0,965  0,0113  xw x P Lượng sản phẩm đáy là: 0,965  0,2564 xP  xF W = F. = 2000. = 1486 Kg/h 0,965  0,0113 xP  xw Gọi M F là phân tử lượng trung bình của hỗn hợp đầu M F = xF.MA + (1-xF).MB = 0,2564.32 + 0,7436.18 = 21,5896 (g) Lượng hỗn hợp đầu tính theo Kmol/h là: 2000 F= = 92,637 (Kmol/h) 21,5896 Lượng sản phẩm đỉnh tính theo Kmol/h là: 0,2564  0,0113 xF  xw F = F. = 92,637. = 23,808 (Kmol/h) 0,965  0,0113 xP  xw Trang 4
  5. Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước Lượng sản phẩm đáy tính theo Kmol/h là: 0,965  0,2564 xP  xF W = F. = 92,637. = 68,829 (Kmol/h) 0,965  0,0113 xP  xw II.Xác định số đĩa của tháp 1.Đường cong cân bằng - đồ thị t-x-y theo thực nghiệm: Gọi x,y là nồng độ mol phần của thành phần lỏng và hơi của rượu mêtylic (tính theo phần mol) t (0C) là nhiệt độ sôi của hỗn hợp hai cấu tử (ở 760 mmHg). Theo bảng IX.2a-Sổ tay QT&TBCN Hóa học Tập 2, trang 149 ,ta có: X 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Y 0 26,8 41,8 57,9 66,5 72,9 77,9 82,5 87 91,5 95,8 100 T 100 92,3 87,7 81,7 78 75,3 73,1 71,2 69,3 67,6 66 64,5 Dựa vào bảng số liệu này ta vẽ đồ thị đường cong cân bằng của hỗn hợp rươụ metylic và nước (Hình 1) và đồ thị biểu diễn đường cong sôi (Hình 2) . Theo đồ thị đường cân bằng ta xác định được y*F = 0,64 phần mol là nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi cân bằng với pha lỏng trong hỗn hợp đầu. Theo đồ thị đường cong sôi ta xác định được nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu tsF =89 0 C ,của sản phẩm đỉnh tsP = 65,50C ,của sản phẩm đáy tsW= 970C . Chỉ số hồi lưu tối thiểu được xác định bằng công thức : xP  y * F Rxmin = y * F  xF 0,965  0,64 = = 0,847 0,64  0,2564 Hình vẽ 1,2,3: 2.Xác định RX thích hợp : Việc xác định RX thích hợp ta làm như sau: Lấy vài giá trị RX > RXmin , với mỗi giá trị RX đã lấy ta tính xP/(RX+1) là giá trị tung độ của đường nồng độ làm việc , vẽ đường làm việc đoạn chưng và đoạn luyện ,từ đó xác định số đĩa lý thuyết N ứng với mỗi giá trị RX.Lập đồ thị với trục tung là N.(RX+) ,trục hoành là RX (Hình 3). Từ đồ thị ,xác định điểm cực tiểu , từ điểm cực tiểu suy ra RX thích hợp . RXopt= 1,6 Từ RX thích hợp ,vẽ lại đường nồng độ làm việc đoạn chưng và đoạn luyện và xác định được số đĩa lý thuyết. Nlt = 14 (đĩa) (4 đĩa chưng và 10 đĩa luyện). 3.Phương trình đường nồng độ làm việc: Trang 5
  6. Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước Đoạn chưng : RX  1 L 1 x= .y  .xw RX  L L  RX Với L là lượng hồn hợp đầu tính trên 1 đơn vị sản phẩm đỉnh, F 92,637 L=   3,891 P 23,808 1,6  1 3,891  1 => x= .y  .0,0113 1,6  3,891 3,891  1,6 = 0,474.y + 0,0059 Đoạn luyện: RX xP x= .x  RX  1 RX  1 1,6 0,965 = = 0,615.x + 0,371 .x  1,6  1 1,6  1 4.Xác định số đĩa thực tế : Số đĩa thực tế được xác định theo công thức : N lt Ntt = tb Với  tb là hiệu suất trung bình của thiết bị,là hàm của độ bay hơi tương đối  và độ nhớt  của hỗn hợp  = f(,). y 1 x = . 1 y x Độ nhớt: lghh=n.lg1 + (1-n)lg2 n là nồng độ cấu tử thứ nhất n -1 là nồng độ cấu tử thứ hai 1 ,2 là độ nhớt hai cấu tử. 1 = tb = .( 1 + 2 + 3 ) 3 Với 1 là hiệu suất ứng với đĩa trên cùng 2 là hiệu suất ứng với đĩa tiếp liệu 3 là hiệu suất ứng với đĩa cuối cùng *Ứng với đĩa tiếp liệu : Độ bay hơi: yF 1  xF 0,64 1  0,2564 F =   5,156 . . 1  y F xF 1  0,64 0,2564 Độ nhớt : với tSF = 890C lgF = xF lg CH 3 OH  (1  xF ). lg  H 2 O = 0,2564.lg0,33 + (1 - 0,2564).lg0,3202 = -0,491 F => = 0,323 (Cp) Trang 6
  7. Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước Tích F.F = 0,323.5,156 = 1,665 .Tra đồ thị hình IX.11 trang 171Sổ tay QT&TB CN Hóa học Tập 2 ta được hiệu suất của đĩa tiếp liệu 2 = 44 %. *Ứng với đĩa trên cùng : Độ bay hơi : yP 1  xP 0,98 1  0,965 P =   1,777 . . 1  y P xP 1  0,98 0,965 Độ nhớt : với tSP = 65,50C lgP = xP lg CH 3OH  (1  xP ). lg  H 2 O = 0,965.lg0,49 + (1 - 0,965).lg0,4324 = -0,3117 P => = 0,488 (Cp) Tích F.F = 0,488.1,777 = 0,88 .Tra đồ thị hình IX.11 trang 171Sổ tay QT & TB CN Hóa học Tập 2 ta được hiệu suất của đĩa trên cùng 1 = 50 %. *Ứng với đĩa cuối cùng: Độ bay hơi: yw 1  xw 0,08 1  0,0113 W =   7,608 . . 1  yw xw 1  0,08 0,0113 Độ nhớt : với tSW = 970C = lgW xw lg CH 3OH  (1  xw ). lg  H 2 O = 0,0113.lg0,293 + (1 - 0,0113).lg0,293 = -0,533 W => = 0,293 (Cp) Tích F.F = 0,293.7,608 = 2,23 .Tra đồ thị hình IX.11 trang 171 Sổ tay QT & TB CN Hóa học Tập 2 ta được hiệu suất của đĩa trên cùng 3 = 40 %. Vậy hiệu suất trung bình: 1 1 tb = (1 + 2 + 3) = (44 + 50 + 40) = 44,667 (%) 3 3 Số đĩa thực tế là : N lt 14 Ntt =  .100  31,3 tb 44,667 Vậy thục tế phải chọn 31 đĩa , trong đó số đĩa đoạn chưng là 9 đĩa và số đĩa đoạn luyện là 22 đĩa . (yF , yP , yW được xác định từ đồ thị đường cân bằng hình 1) (Độ nhớt của rượu mêtylic theo nhiệt độ được tra ở Bảng dùng cho toán đồ h.I.18 trang 93 Sổ tay QT&TB CN Hóa học Tập 2. Độ nhớt của nước theo nhiệt độ được tra ở Bảng I.102 trang 94). Chương II: TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THIẾT BỊ Trang 7
  8. Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước Đường kính tháp được xác định từ công thức (IX.89) Sổ tay QT&TBCN Hóa học : 4.Vtb D= ,m  .3600. tb g tb D = 0,0188. Hoặc ,m (  y . y )tb Trong đó : Vtb - lượng hơi trung bình đi trong tháp , m3/h tb - tốc độ hơi trung bình đi trong tháp , m/s gtb - lượng hơi trung bình đi trong tháp ,kg/h ( y.y)tb - tốc độ hơi trung bình đi trong tháp , kg/m2.s I.Đường kính đoạn luyện: 1.Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện gtb có thể xem gần đúng bằng trung bình cộng lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp gđ và lượng hơi đi vào dưới cùng g1 của đoạn luyện : g d  g1 gtb = , kg/h 2 Trong đó , gđ = GR +GP = GP(RX+1) công thức IX .92 trang 181 Sổ tay QTTB tập 2. Với GR : lượng lỏng hồi lưu , kg/h GP : lượng sản phẩm đỉnh, kg/h RX : chỉ số hồi lưu => gđ = 514(1,6+1) = 1 336,4 kg/h Lượng hơi đi vào đĩa đầu tiên của đoạn luyện được xác định theo hệ phương trình cho ở trang 173 Sổ tay QTTB tập 2 :  g1  G1  GP   g1. y1  G1.x1  GP .xP  g .r  g .r 11 dd Trong đó x1 = aF = 0,38 (phần khối lượng) xP = aP = 0,98 (phần khối lượng) G1:lượng lỏng đĩa thứ nhất đoạn luyện rđ :ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi đỉnh tháp r1 :ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất đoạn luyện r1= ra .y1 +(1-y1).rb rđ= ra .y1 +(1-yđ).rb ra , rb :ẩn nhiệt hóa hơi của rượu metylic và nước . yđ = aP = 0,98 phần khối lượng . *Tính r1: hỗn hợp đầu vào tháp ở 890C nên ta phải tính ra , rb ở 890C. Trang 8
  9. Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước Theo bảng I.212 trang 254 Sổ tay QTTB tập 1 ta có: Ơ 600C : ra1 = 265 kcal/kg rb1 =579 kcal/kg 0 Ở 100 C ra2 = 242 kcal/kg rb2 = 539 kcal/kg => ra  ra 2  ra1  23 kcal/kg rb  rb 2  rb1  40 kcal/kg t  t2  t1  100  60  400 C ra 23  0,575 kcal/kg.độ =>  b 40 rb 40 kcal/kg.độ   1 t 40 Theo phương pháp nội suy ta tính ra ,rb ở 890C : ra ra89 = ra60 + .(89  60)  265  0,575.29  248,325 kcal/kg t r rb89 = rb60 + b .(89  60)  579  29  550 kcal/kg t Vậy r1 = ra.y1 +(1-y1).rb = 248,325.y1 + (1-y1).550 = 550 - 301,675.y1 *Tính rđ :hơi đi ra khỏi đỉnh tháp ở nhiệt độ 65,50C,tương tự như trên: ra ra65,5 = ra60 + (65,5  60)  265  0,575.5,5  261,84 kcal/kg t r rb65,5 = rb60 + b (65,5  60)  579  5,5  573,5 kcal/kg t Vậy rđ = ra.yđ + (1- yđ).rb = 261,84.0,98 +(1 -0,98).573,5 = 268,07 kcal/kg  g1  G1  514  g . y  G .0.38  514.0,98 Vậy ta có hệ phương trình :  1 1 1   g1.r1  1336, 4.268,07  358248,748 r1  550  301,675. y1   y1  0,6775( phan _ khoi _ luong ) r  345,62kcal / kg Giải hệ ta được :  1   g1  1036,54kg / h G1  522,54kg / h  -Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện : g d  g1 1336,4  1036,54 gtb =   1186, 47kg / h 2 2 -Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện : Trang 9
  10. Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước GR  G1 GP .RX  G1 514.1,6  522,54 Gtb =    672,47 kg / h 2 2 2 -Thành phần hơi cân bằng đi trên đoạn luyện : yd  y1 0,98  0,6775  0,83 phần khối lượng ytb =  2 2 =0,73 phần mol -Phân tử lượng trung bình của hỗn hợp hơi : M tb = ytb.MA +(1- ytb).MB = 0,73.32 + (1-0,73).18 = 28,22 đvC 2.Tốc độ hơi trung bình đi trong đoạn luyện : (yy)tb = 0,065[]. h. xtb . ytb ,kg/m2.s - Công thức IX.105 trang 184 Sổ tay QTTB tập 2. xtb ,ytb :khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi tính theo nhiệt độ trung bình , kg/m3. h : khoảng cách các đĩa trong tháp,m,với giá trị h được chọn theo đường kính tháp . [] : hệ số tính đến sức căng bề mặt. *Tính [] ở nhiệt độ trung bình : Nhiệt độ trung bình trong đoạn luyện : t F  t P 89  65,5  77, 250 C ttb =  2 2 Theo bảng I.242 trang 300 Sổ tay QTTB tập 1 ta có sức căng bề mặt của rươụ và nước : Ơ 600C : a1 = 19,3.103 N/m = 19,3 dyn/cm (metylic) b1 = 66,2 dyn/cm (nước) 0 Ơ 80 c : a2 = 17,6 dyn/cm (metylic) b2 = 62,6 dyn/cm (n ước) =>  a   a 2   a1  1,7 dyn/cm  b   b 2   b1  3,6 dyn/cm t  t2  t1  80  60  200 C  a 1,7  0,085 dyn/cm.độ =>  t 20  b 3,6  0,18 dyn/cm.độ  t 20 Bằng phương pháp nội suy ta tính được sức căng bề mặt của metylic và nước ở 77,250C :  a a77,25 = a160 + (77,25  60) = 19,3 - 0,085(77,25 -60) = 17,83 dyn/cm t  b77,25 = b160 + b (77,25  60)  66,2  0,18(77,25  60)  63,095 dyn/cm t Sức căng bề mặt của hỗn hợp được xác định theo công thức I.76 trang 299 Sổ tay QTTB tập 1: Trang 10
  11. Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước 1 1 1    hh  a  b  .  hh  a b  13,9 => dyn/cm a  b Ta thấy hh < 20 dyn/cm nên chọn [] = 0,8. *Tính khối lượng riêng trung bình : Theo bảng I.2 trang 9 Sổ tay QTTB tập 1 ta có khối lượng riêng của metylic và nước : -Ở 600C : a1 = 756 kg/m3 (metylic) b1 = 983 kg/m3 (nước) 0 3 -Ở 80 C : a2 = 736 kg/m (metylic) 3 b2 = 972 kg/m (nước)  a   a 2   a1  20 kg/m3 =>  b   b 2   b1  11 kg/m3 t  80  60  200 C  a 20 3  1 kg/m .độ =>  t 20  b 11 3  0,55 kg/m .độ  t 20 Theo phương pháp nội suy ,tính khối lượng riêng của metylic và nước ở 77,250C :  a 3 77 , 25 60 (77,25  60)  756  17,25  738,75 kg/m a   a1  t b 77,25  60   983  0,55.17,25  973,5 kg/m3 77 , 25 60 b  b  t Khối lượng riêng của hỗn hợp được tính theo công thức I.2 trang 5 Sổ tay QTTB tập 1: 1 x x  a b  hh  a b Với xa , xb : thành phần khối lượng trung bình của các cấu tử 0,98  0,38  0,68 phần khối lương xa = 2 xb = 1-xa = 0,32 phần khối lượng => 1  1,249.10 3 =>  hh hh = 800,6 kg/m3 xTB = hh =800,6 kg/m3 Khối lượng riêng của pha hơi xác định theo công thức I. 3 trang 5 Sổ tay QTTB tập 1: M 273. p , p = p0 = 1  yTB  . 22,4 T . p0 Trang 11
  12. Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước 28,22 273 kg/m3  yTB   0,982 . 22,4 273  77,25 Vậy tốc độ trung bình của hơi trong tháp : (  y y )tb  0,065.0,8. h.800,6.0,982  1,458 h kg/m2.s Đường kính đoạn luyện : 1186,47 0,536 D = 0,0188. 4 1, 458. h h Chọn h = 0,28 (m) = > D = 0,74 m II.Đường kính đoạn chưng: 1.Lượng hơi trung bình trong đoạn chưng g’tb có thể xem gần đúng bằng trung bình cộng lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng g’n và lưọng hơi đi vào đoạn chưng g’1 : g 'n  g '1 , kg/h - Công thức IX.96 trang 183 Sổ tay QTTB tập 2. g’tb = 2 Vì lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện nên g’n = g1 = 1036,54 kg/h Luợng hơi đi vào đọan chưng g’1 , luợng lỏng G’1 và hàm lượng lỏng x’1 được xác định theo hệ phương trình cho ở trang 183 Sổ tay QTTB tập 2 : G '1  g '1 Gæ (1)   ( 2) G '1. x'1  g '1. yæ  Gæ .xæ  ( 3)  g '1.r '1  g 'n .r 'n  g1.r1  Trong đó r’1 :ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng ,được tính theo công thức : r’1= ra.y’1 + (1-y’1).rb với y’1 = yW là thành phần cấu tử dễ bay hơi (metylic) trong pha hơi cân bằng với pha lỏng trong sản phẩm đáy .Dựa vào đồ thị đường cân bằng (H.1) ứng với xW= 0,0113 ta có yW= 0,08 phần mol ứng với phần khối lượng : 0,08.32  0,134 phần khối lượng. y’1= 0,08.32  0,92.18 Theo đồ thị đường cong sôi (H.2) ta có sản phẩm đáy có nhiệt độ sôi là 970C, theo các số liệu ra , rb , t , ra1 , rb1 đã có ở phần tính toán đường kính đoạn luyện ta có : ra ra97 = ra60 + kcal/kg (97  60)  265  0,575.37  243,725 t r rb97 = rb60 + b (97  60)  579  37  542 kcal/kg t r’1 = ra97.y’1 + (1-y’1).rb97 => = 243,75.0,134 + (1-0,134).542 = 502,23 kcal/kg Thay r’1 , g1 , r1 vào (3) : g’1.502,03 = 1036,54.345,62 => g’1= 713,6 kg/h Trang 12
  13. Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước Thay vào (1): G’1 = 713,6 + 1486 = 2199,6 kg/h Thay vào (2) : 2199,6.x’1= 713,6.0,9887 + 1486.0,0113 = 0,328 phần khối lượng => x’1 Vậy lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng : g 'n  g '1 1036,54  713,6 g’tb =  875,07kg / h 2 2 Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn chưng : G1  G '1 522,54  2199,6 G’tb =   1361,07kg / h 2 2 Thành phần hơi trung bình đi trong đoạn chưng : y '1  y 'n y’tb = 2 với y’n là hàm lượng trên đĩa trên cùng đoạn chưng xem bằng hàm lượng hơi đĩa thứ nhất đoạn luyện y’n = y1 = 0,6775 phần khối lượng = 0,54 ph ần mol 0,08  0,54  0,31 phần mol => y’tb = 2 Phân tử lượng trung bình của hỗn hợp hơi trong đoạn chưng : M ' hh = y’tb.MA + (1-y’tb).MB =0,31.32 + 0,69.18 = 22,34 đvC 2.Tốc độ hơi trung bình trong đoạn chưng (’y’y)tb=0,065[]. h. ' xtb . ' ytb ’xtb ,’ytb : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi tính theo nhiệt độ trung bình , kg/m3 h : khoảng cách các đĩa trong đoạn chưng ,giá trị của h chọn theo đường kính tháp . [] :hệ số tính đến sức căng bề mặt t F  tæ 89  97  930 C : *Tính [] ở nhiệt độ trung bình đoạn chưng ttb =  2 2 Tra sức căng bề mặt của metylic và nước ở bảng I.242 trang 300 Sổ tay QTTB tập 1 ,ta có : a180 = 17,6 dyn/cm , a2100 = 15,7 dyn/cm b180 = 62,6 dyn/cm , b2100 = 58,9 dyn/cm Tính tương tự như phần luyện :  a 93 80  a   a1  (93  80)  17,6  0,095.13  16,365dyn / cm t  b 93 80 b   b1  (93  80)  62,6  0,185.13  60,195dyn / cm t Sức căng bề mặt của hỗn hợp : Trang 13
  14. Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước  . 1 1 1 = >  hh  a b    hh  a  b  a  b hh = 12,867 dyn/cm *Tính khối lượng riêng trung bình pha lỏng : Tra khối lượng riêng của metylic và nước ở bảng I.2 trang 9 Sổ tay QTTB tập 1, ta a180 = 736 kg/m3 , a2100 = 714 kg/m3 được : b180 = 972 kg/m3 , b2100 = 958 kg/m3 Bằng phương pháp nội suy ta có :  a 93 80 (93  80)  736  1,1.13  721,7kg / m3  a   a1  t  93 80  b (93  80)  972  0,7.13  962,9kg / m 3  b   b1 t Khối lượng riêng của hỗn hợp : 1 x x  a b  hh  a b xa ,xb :phần khối lượng trung bình của metylic và nước trong hỗn hợp xF  xæ 0,38  0,02  0,2 , xb = 1- xa = 0,8 phần khối luợng xa =  2 2 hh = 902,53 kg/m3 = xt => Khối lượng riêng của pha hơi : M 'hh 273  0,744kg / m 3  ytb  . 22,4 273  93 Vậy tốc độ trung bình của hơi trong đoạn chưng : (  ' y  ' y )tb  0,065.0,8 h.902,53.0,744  1,437 h Đường kính đoạn chưng : g 'tb 857,07 D = 0,0188.  0,0188 (  ' y  ' y )tb 1, 437. h 0,464 D= ,m 4 h Chọn h = 0,28 m = > D = 0,64 m. Vậy đường kính đoạn chưng là 0,64 m , đường kính đoạn luyện là 0,72 m nên ta chọn đường kính chung cho tháp là 0,8 m với khoảng cách các đĩa là 0,3 m . Chương III: CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG Gọi QD1 là nhiệt lượng do hơi nưóc cung cấp để đun sôi hỗn hợp đầu. Trang 14
  15. Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước Qf là nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào thiết bị đun sôi hỗn hợp. QF là nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra khỏi thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu. Qm là nhiệt lượng do mất mát . Qy là nhiệt lượng do hơi mang ra khỏi tháp chưng QR là nhiệt lượng do lượng hồi lưu mang vào tháp . Qh là nhiệt lượng do hơi mang ra khỏi thiết bi ngưng tụ hồi lưu. QD2 là nhiệt lượng do hơi đốt đun sôi ở đáy tháp mang vào . I.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu : QD1 + Qf = QF + Qm (8) 1.Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào QD1 : QD1 = D1.r1 - Công thức IX.150 trang 196 Sổ tay QTTB tập 2 D1 : lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi hỗn hợp đầu , kg/h. r1 :ẩn nhiệt hóa hơi của hơi nước ,J/kg. Vì nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu là 890C nên nhiệt độ của hơi nưóc phải cao ,chọn 1330C tương ứng với nước sôi ở áp suất 3 at (bảng I.97 trang 230 Sổ tay QTTB tập 1). Theo toán đồ xác định nhiệt hóa hơi trang 255 Sổ tay QTTB tập 2 ta có nhiệt hóa hơi của nước ở 1330C là r1 = 440 Kcal/kg = 1842,2 KJ/kg. 2.Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu Qf : Qf = F.Cf .tf , J/h. -Công thức I X.151 trang 196 Sổ tay QTTB tập 2. Với Cf : nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu ,J/kg.độ tf : nhiệt độ đầu của hỗn hợp , xét ở 250C . Ta có : Cf = aA.CA + (1-aA).CB . aA : nồng độ phần khối lượng trong hỗn hợp đầu , aA = 0,38 CA ,CB : nhiệt dung riêng của metylic và nước ở 250C . *Nhiệt dung riêng của metylic ở 250C : Tra bảng I.154 trang 172 Sổ tay QTTB tập 1 được nhiệt dung riêng của metylic theo nhiệt độ : CA20 = 2570 J/kg.độ , CA40 = 2670 J/kg.dộ = > Nhiệt dung riêng của metylic ở 250C là: 40 20 CA  CA CA25 = CA20 + (25  20)  2570  5.5  2579 J / kgdo 40  20 *Nhiệt dung riêng của nước ở 250C : Tra bảng I.147 trang 165 Sổ tay QTTB tạp 1 ta có nhiệt dung riêng của nước ở 250C CB25 = 0,99892 kcal/kg.độ = 4182,3 J/kg.độ là Vậy Cf = 0,3.2595 + (1-0,3).4182,3 = 3706,11 J/kg.độ Qf = 2000.3706,11.25 = 185306 KJ/h 3.Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra khỏi thiết bị đun sôi QF: QF = F.CF . tF , J/h - Công thúc IX.152 trang 196 Sổ tay QTTB tập 2 . Với CF : nhiệt dung riêng hỗn hợp đi ra thiết bị đun sôi. Trang 15
  16. Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước tF = 890C . Ta có : CF = aF.CA + (1-aF).CB CA ,CB :nhiệt dung riêng của metylic và nước ở 890C . Tra bảng nhiệt dung riêng và theo phương pháp nội suy ta có : Nhiệt dung riêng của metylic ở 890C : 100 80 CA  CA 2965  2860 CA89 = CA80 + (89  80)  2860  .9  2907,25 J / kgdo 100  80 20 Nhiệt dung riêng của nước ở 890C : CB89 = 1,0048 Kcal/kg.độ = 4206,9 J/kg.độ CF = 0,3.2907,25 + 0,7.4206,9 = 3817 J/kg. độ => Vậy QF = 2000.3817.89 = 679426,89 J/h . 4.Nhiệt lượng tổn hao ra môi trường xung quanh Qm : Qm = 0,05.QD1 Thay vào (*) : QD1 + Qf = QF + 0,05.QD1 QF  Q f => QD1 =  520127,3kJ / h 0,95 => Qm = 0,05.520127,3 = 26006,4kJ/h 5.Lượng hơi đốt cần dùng để đun sôi hỗn hợp đầu : QD1 = D1.r1 QD1 520127,3 => D1 =   282,3Kg / h r1 1842,2 II.Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện : Phương trình cân bằng nhiệt của tháp chưng luyện : (** ) QF +QD2 + QR = Qh + QW + Qm 1.Lượng nhiệt do lượng lỏng hồi lưu mang vào tháp QR : QR = CR.P.RX.tR ,J/h - Công thức IX.158 Sổ tay QTTB tập 2 Với RX: chỉ số hồi lưu , RX = 1,6 P : lượng sản phẩm đỉnh, P = 514 kg/h tR : nhiệt độ lỏng hồi lưu ,tR = tF = 65,50C CR: nhiệt dung riêng của lỏng hồi lưu, CR = aP .CA + (1-aP).CB CA,CB :nhiệt dung riêng của metylic và nước ở 65,50C Trang 16
  17. Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước Tra bảng nhiệt dung riêng của metylic và nước ở 600C và 800C , theo phương pháp nội suy ta có : 80 60 C  CA CA65,5 CA60 +A = (65,5  60) 80  60 2860  2760 = 2760  (65,5  60)  2787,5 J / kg .do 20 65 66 C  CB 1,00065  1,00079 CB65,5 =B   1,00072 Kcal / kgdo 2 2 =4189,8 J/kg.độ Vậy QR = 2815,546.514.1,6.65,5 =515665,6 KJ/h 2.Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra QW : QW = GW.CW.tW , J/h - Công thức I X trang 197 Sổ tay QTTB tập 2 . Với GW : lượng sản phẩm đáy , GW = 1486 kg/h CW : nhiệt dung riêng của sản phẩm đáy tW : nhiệt độ sản phẩm đáy , tW = 970C. Nhiệt dung riêng của nước ở 970C là : CB97 = 1,00684 kcal/kg.độ = 4215,44 J/kg.độ Do sản phẩm đáy có nồng độ metylic aW = 0,02 < 0,2 nên nhiệt dung riêng của sản phẩm đáy được tính theo công thức I.43 trang 152 Sổ tay QTTB tập 1 : CW = CB97(1-aW) = 4215,44.(1-0,02) = 4131,13 J/kg.độ Vậy nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra : QW = 1486.4131,13.97 = 595469,5 kJ/h 3.Nhiệt lượng do hơi mang ra khỏi tháp chưng Qy : Qy = P.(1+RX).đ , J/h - Công thức IX.159 Sổ tay QTTB tập 2 Với P : lượng sản phẩm đỉnh , P = 514 kg/h . Trang 17
  18. Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước đ :nhiệt lượng riêng của hơi ở đỉnh tháp ,được tính : đ = A.aA + B.(1-aA) A ,B : nhiệt lượng riêng của metylic và nước ở đỉnh tháp aA : phần khối lượng cấu tử dễ bay hơi (metylic) trong sản phẩm đỉnh ,aA = 0,98 . Nnhiệt dung riêng một cấu tử được tính theo:  = r + C.t với r: ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử đó.J/kg C :nhiệt dung riêng của cấu tử ở nhiệt độ t = tP = 65,50C Nhiệt dung riêng của metylic ở 65,50C : CA = 2787,5 J/kg.độ Nhiệt dung riêng của nước ở 65,50C : CB = 4189,8 J/Kg.độ (Đã tính ở phần tính nhiệt lượng do lượng hồi lưu). đ = (rA + CA.tP).aA + (rB + CB.tP).(1 - aA) => = rA.aA + rB.(1-aA) + [CA.aA + CB.(1-aA)].tP = r + [CA.aA + CB.(1-aA)].tP Với r = rA.aA + rB.(1-aA) là ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp ,đã tính ở phần tính đường kính đoạn luyện : rđ = 268,07 kcal/kg = 1122360 J/kg đ = 1122360 + (2787,5.0,98 + 4189,8.0.02).65,5 => = 1306778 J/kg Vậy nhiệt lượng do hơi mang ra khỏi đỉnh tháp : Qy = 514.(1 + 1,6).1306778 = 1 746 378 kJ/h . Trang 18
  19. Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước 4.Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào để đun sôi hỗn hợp ở đáy tháp QD2 : Nhiệt lượng tổn hao Qm = 0,05.QD2 , thay vào (**) ,ta được : (Qy  Qæ )  (QF  QR ) QD 2  0,95 (1746387  595469,5)  (679426,89  151665,6) =  1590268,43 kJ/h 0,95 Do đó lượng hơi đốt sử dụng : Q D 2 1590268,43 D2 =   703,384kg / h r1 2260,872 Lượng nhiệt tổn hao : Qm = 0,05.QD2 = 79 513 421,5 J/h III.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tu hồi lưu: Ta dùng thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm ngưng tụ hoàn toàn sản phẩm đỉnh . -Công thức IX.164 Sổ tay QTTB tập 2 . P.(RX+1).r = Gn1.Cn(t2 - t1) Với P : lượng sản phẩm đỉnh , P = 514 kg/h RX : chỉ số hồi lưu , RX = 1,16 Gn1:lượng nước cần dùng cho thiết bị ngưng tụ hồi lưu. t1,t2 :nhiệt độ của nước đi vào và ra khỏi thiết bị ngưng tụ hồi lưu , chọn t1 = 25 C , t2 = 450C . 0 t1  t2  350 C = > Nhiệt độ trung bình trong thiết bị ngưng tụ hồi lưu : ttb= 2 Cn :nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ trung bình 350C ,theo bảng I.147 trang 165 Sổ tay QTTB tập 1 thì Cn = 0,99859 kcal/kg.độ , Cn = 4180,89 J/kg.độ => r : ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đi ra khỏi đỉnh tháp , đã tính trong phần đường kính đoạn luyện , r = 268,07 kcal/kg = 1122,36 kJ/kg . Trang 19
  20. Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước Vậy lượng nước lạnh cần dùng cho thiết bị ngưng tụ hồi lưu : P.( RX  1).r 514.(1,6  1).1122360 Gn1 =   17937,83kg / h Cn .(t2  t1 ) 4180,89(45  25) IV.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh: Dùng thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm . P.CP.(t’1-t’2) = Gn2.Cn(t2-t1) - Công thức IX.167 trang 198 Sổ tay QTTB tập 2 . Với Gn2:lượng nước lạnh dùng cho thiết bị , kg/h CP : nhiệt dung riêng sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ ,J/kg.độ t2’,t1’: nhiệt độ đầu và cuối của sản phẩm đỉnh khi qua thiết bị làm lạnh , t2’ = 65,5 C , t1’ = 350C . 0 t1,t2 :nhiệt độ của nước đi vào và ra khỏi thiết bị làm lạnh , chọn t1 = 25 C , t2 = 45 C . => ttb = 350C. 0 0 Cn :nhiệt dung riêng của nước ở 350C , Cn = 4180,89 J/kgđộ 65,5  35  50,250 C . CP : nhiệt dung riêng sản phẩm đỉnh ở ttb = 2 Tính nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh ở 50,250C : CP = aA.CA + (1-aA).CB Tra bảng I.154 trang 172 Sổ tay QTTB tập 1 ta có nhiệt dung riêng của rượu metylic theo nhiệt độ : CA40 = 2670 J/kg.độ , CA60 = 2760 J/kg.độ 60 40 C  CA CA50,25 CA40 +A => = (50,25  40) 60  40 2760  2670 (50, 25  40)  2716,13 J/kg.độ = 2670  60  20 Nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ 50,250C: CB50,25 = 0,99919 kcal/kg.độ = 4 183,4 J/kg.độ Trang 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản