Đồ án:TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG LUYỆN HỖN HỢP HAI CẤU TỬ CS2 – CCl4

Chia sẻ: Nguyen Ha | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:65

Thêm vào BST

Báo xấu

376
lượt xem 79
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đầu đề thiết kế Thiết kế và tính toán hệ thống chưng luyện liên tục làm việc ở áp suất thường để tách hỗn hợp hai cấu tử CS2 – CCl4. Hỗn hợp đầu vào tháp ở nhiệt độ sôi Lọai tháp: II. Các số liệu ban đầu Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu: Nồng độ tính theo cấu tử dễ bay hơi: + Hỗn hợp đầu(aF): + Sản phẩm đỉnh(ap):

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Đồ án:TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG LUYỆN HỖN HỢP HAI CẤU TỬ CS2 – CCl4

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC NGÀNH QUÀ TRÌNH - THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ HÓA HỌC ĐỒ ÁN MÔN HỌC TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG LUYỆN HỖN HỢP HAI CẤU TỬ CS2 – CCl4 Người thiết kế: Đậu Văn Viên Lớp: Hóa dầu - QN Lớp: K48 Người hướng dẫn: Nguyễn Hữu Tùng Hà Nội 2007 1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Độc lập - Tự do - Hạnh phúc KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC BỘ MÔN QT – TB CÔNG NGHỆ HÓA THỰC PHẨM NHIỆM VỤ THIẾT KẾ MÔN HỌC Họ và tên: Đậu Văn Viên Lớp: Hóa dầu – K48 QN Nhóm 2 I. Đầu đề thiết kế Thiết kế và tính toán hệ thống chưng luyện liên tục làm việc ở áp suất thường để tách hỗn hợp hai cấu tử CS2 – CCl4. Hỗn hợp đầu vào tháp ở nhiệt độ sôi Lọai tháp: II. Các số liệu ban đầu - Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu: - Nồng độ tính theo cấu tử dễ bay hơi: + Hỗn hợp đầu(aF): + Sản phẩm đỉnh(ap): + Sản phẩm đáy(aw): III. Yêu cầu thiết kế 1. Phần mở đầu 2. Vẽ thuyết minh dây chuyền sản xuất 3. Tính toán thiết bị chính: a. Tính cân bằng vật liệu toàn thiết bị b. Tín đường kính và chiều cao tháp c. Tính trở lực d. Tính toán cơ khí 4. Tính và chọn thiết bị phu Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu và bơm 2
5. Kết luận 6. Tài liệu tham khảo IV. Các bản vẽ và đồ thị Bản vẽ dây chuyền sản xuất: A4 Bản vẽ thiết bị chính: A1 V. Cán bộ hướng dẫn: Nguyễn Hữu Tùng VI. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: VI. Ngày hoàn thành: 19/ 11/2007 Ngày ......... tháng ......... năm 2007 Ban chủ nhiệm khoa Cán bộ hướng dẫn thiết kế (Họ tên và chữ ký) (họ tên và chữ ký) Đánh giá kết quả: Điểm thiết kế: Điểm bảo vệ: Điểm tổng hợp: Ngày ........ tháng ........ năm 2007 Ngày ........ tháng ........năm 2007 Cán bộ chấm bài Người nhận (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) 3
Lời mở đầu Trong lịch sử loài người việc chưng tách các cấu tử được ứng dụng từ rất sớm để tách các loại tinh dầu, khi axit sunfuric, axit nitric và đặc biệt là từ khi rượu được khám phá thì chưng cất trở thành phương pháp hết sức quan trọng. Ngày nay chưng cất phát triển rất mạnh được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống. Đặc biệt đối với nhiều ngành trong công nghệ hóa chất thì chưng cất là một khâu quan trọng không thể thiếu. Đối với nhiều quá trình công nghệ yêu cầu tách hỗn hợp các chất với nồng độ cao, năng suất lớn do đó người ta sử dụng phương pháp chưng luyện liên tục. Chưng luyện là phương pháp dùng nhiệt để tách hỗn hợp các cấu tử có nhiệt độ sôi khác nhau có hồi lưu trở lại một lượng sản ở sản phẩm đỉnh. Do đó chỉ số hồi lưu là thông số quan trọng nhất quyết định tính kinh tế và kĩ thuật của quá trình chưng luyện. Đồ án này tính toán và thiết kế tháp chưng luyện liên tục ở áp suất khí quyển hỗn hợp hợp gồm hai cấu tử CS2 – CCl4. Thông thường người ta điều chế CCl4 bằng cách clo hóa CS2 nên việc chưng tách hỗn hợp này là rất quan trọng và có ý nghĩa lớn trong thực tế. Đây là hỗn hợp hai cấu tử ở dạng lỏng tan lẫn vào nhau có nhiệt độ sôi cách xa nhau. CS2 có nhiệt độ sôi là 42,2 0C, rất độc nên dùng làm thuốc trừ sâu trong nông nghiệp, là dung môi rất tốt cho nhiều chất như brom, iot, lưu huỳnh, photpho, chất béo, sáp, nhựa, cao su v.v…Trên thực tế CS2 thường dùng được làm dung môi và chất chiết. Phần lớn lượng CS2 được sản xuất là để dùng vào công nghiệp sợi. CCl4 có nhiệt độ sôi là 77 0C thường được dùng để làm dung môi không cháy đối với các chất béo và dùng để dập tắt lửa. Đồ án tính toán, thiết kế này nhằm giúp thành thạo và ngày càng hoàn thiện hơn các kỹ năng tính toán, khả năng tra cứu tài liệu. Đồng thời giúp hiểu sâu sắc hơn về phương pháp chưng cất nói chung và phương pháp chưng luyện nói riêng bổ sung vào kiến thức môn hóa công cũng như các môn học liên quan. 4
Chú thích: 1. Thùng chứa hỗn hợp đầu 2. Bơm 3. Thùng cao vị 4. Thiết bị ống chùm để gia nhiệt hỗn hợp đầu 5. Tháp chưng luyện 6. Thiết bị ống chùm ngưng tụ sản phẩm đỉnh 7. Thiết bị phân chia dòng hồi lưu 8. Thiết bị ống chùm làm lạnh sản phẩm đỉnh 9. Thiết bị đun bốc hơi đáy tháp 10. Thùng chứa sản phẩm đỉnh 11. Cửa tháo nước ngưng 12. Thùng chứa sản phẩm đáy Nguyên lí hoạt động Hỗn hợp CS2 và CCl4 từ thùng chứa ban đầu (1) được bơm lên thùng cao vị bằng bơm (2). Chất lỏng trên thùng cao vị nếu vượt quá mức quy định thì sẽ được cho chảy trở lại thùng chứa (1) đầy thùng chứa. Hỗn hợp CS2 – CCl4 từ thùng cao vị sẽ đi qua thiết gia nhiệt hỗn hợp đầu. Ở đây hỗn hợp đầu được đun nóng đến nhiệt độ sôi bằng hơi nước bão hòa sau đó đi và tháp chưng luyện (5) tại đĩa tiếp liệu.Trong tháp chưng luyện hơi đi từ dưới lên và lòng đi từ trên xuống quá trình chuyển khối xảy ra trong các lớp đệm của thiết bi. Theo chiều cao tháp thì càng lên cao nhiệt độ càng giảm do đó CCl4 có nhiệt độ sôi thấp hơn sẽ ngưng tụ lại thành lỏng đi xuống phía đáy tháp đồng thời nhiệt tỏa ra khi ngưng tụ sẽ giúp làm bay hơi CS2. Do đó hơi đi lên từ đáy tháp chứa chủ yếu là CS2 và ở đáy tháp là hỗn hợp giàu CCl4. Hơi ở đỉnh tháp chứa một ít CCl4 đi qua thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh (6) ngưng tụ thành lỏng và nhờ thiết bị phân chia dòng (7) thì một phần sản đỉnh được hồi lưu trở lại tháp để tăng độ tinh khiết của sản phẩm đỉnh. Phần còn lại nồng độ đạt yêu cầu được đưa qua thiết bị làm lạnh (8) để làm lạnh đến nhiệt độ thường trước khi đi vào thiết bị chứa sản phẩm đỉnh (10). Hỗn ở sản phẩm lỏng ở đáy tháp một phần cũng được hồi lưu trở lại, được đun bốc hơi nhờ thiết bị (9) và đi vào đáy thiết bị chưng luyện. Phần còn lại được đưa vào thiết bị chứa sản phẩm đáy (11). 5
Phần III. TÍNH TOÁN KĨ THUẬT VÀ THIẾT BỊ CHÍNH I.Đổi nồng độ phần khối lượng sang nồng độ phần mol Ta có nồng độ mol của cấu tử dễ bay hơi: aA MA x = , phần mol [II – 126] aA a  B MA MB Nồng đô mol của CS2 trong hỗn hợp đầu aF 0.22 M CS 2 76 xF = = = 0.36 phần mol; aF aF 0.22 1  0.22   M CS 2 M CCl4 76 154 Nồng độ mol của CS2 trong hỗn hợp sản phẩm đỉnh: aP 0.97 M CS 2 76 xP = = = 0.98 phần mol; aP 1  aP 0.97 1  0.97   M CS 2 M CCl4 76 154 Nồng độ mol của CS2 trong hỗn hợp sản phẩm đáy: aw 0.005 M CS 2 76 xW = = = 0.01 phần mol. aw 1  aw 0.005 1  0.005   M CS 2 M CCl4 76 154 II/ Biểu diễn đường cân bằng pha Hình II.2.1 III. Giải cân bằng vật liệu III.1. Tính theo phần khối lượng (kg/s) - Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp: F  P W -Đối với cấu tử dễ bay hơi: F .x F  P.x p  W .xW Do đó ta có: F (a F  a P ) 5,2.(0,97  0,22) W = = = 4,04 kg/s aP  aw 0,97  0,005 P  F  W = 5,02 – 4,04 = 1,16 kg/s III.2 Tính theo phần mol (mol/s) 6
G F .x F  G P .x P  GW .xW ` [II-144] xP  x F W = GF [II - 144] x P  xW 0,98  0,22 = 5,2 . = 4,04 kg/s 0,98  0,005 F GF = MF M F : Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp đầu, kg/mol M F = xF. M CS 2 + (1 - xF). M CCl 4 = 0,36.76 + (1 – 0,36a).154 = 125,92 kg/mol F 5,2 GF = = = 0,0413 kmol/s MF 125,92 0,98  0,36 GW = 0,0413. = 0,026 kmol/s 0,98  0,005 G P  G F  GW = 0,041 – 0,026 = 0,015 kmol/s IV.Tính chỉ số hồi lưu tối thiểu và chỉ số hồi lưu thích hợp IV.1. Tính chỉ số hồi lưu tối thiểu Chỉ số hồi lưu tối thiểu được xác định theo công thức: xP  y * F Rmin = * [II-158] yF  xF * y F : Phần mol cấu tử dễ bay hơi ở trạng thái cân bằng, phần mol xF, xP: Phần mol của cấu tử dễ bay hơi ở hỗn hợp đầu và sản phẩm đỉnh. Từ số liệu thành phần cân bằng lỏng-hơi của bảng I.X.2a[2-145] ta vẽ được đồ thị đường cân bằng như hình IV.1 và từ đồ thị ta xác định được y * = 0,61. F 0,98  0,61 Rmin = = 1,48 0,61  0,36 IV.2.Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp Tính chỉ số hồi lưu thích hợp ( Rth` ) dựa vào hệ số hồi lưu ( hệ số hiệu chỉnh): Rth  = [II - 158] Rmin Thông thường  có giá trị từ 1- 2,5. Chỉ số hồi lưu thích hợp ứng với giá trị cực tiểu trên đường cong biểu quan hệ giữa N lt ( R  1) và R . Trong đó: N lt : Số đĩa lí thuyết, R : Chỉ số hồi lưu Bằng phương pháp đồ thị ta xác định được số bậc thay đổi nồng độ (N) khác nhau tương ứng với các giá trị  khác nhau theo đồ thị từ hình IV.2.1 – IV.2.6. 7
Kết quả được tổng hợp dưới bảng sau:  1,2 1,3 1,4 1,5 1,8 2,0 Rx 1,77 1,92 2,07 2,22 2,67 2,96 B 35,5 33,7 32 30,6 26,6 24,8 N lt 21 19,5 18 17 15 14 N lt ( R  1) 58,17 56,94 55,26 54,74 55,00 56,44 Từ bảng số liệu trên ta xây dựng được đồ thị quan hệ giữa N lt ( R  1) và R như hình IV.2.7. Điểm cực tiểu trên đồ thị ứng với giá trị chỉ số hồi lưu Rth = 2,4. Đồ thị IV.2.8 biểu diễn quan hệ y – x, đường làm việc đoạn chưng, đoạn luyện l c và số bậc thay đổi nồng độ ứng với Rth = 2,4 và N lt = 16, N lt = 9, N lt = 7. IV.3. Phương trình đường làm việc của đọan chưng và đoạn luyện * Phương trình đường làm việc đoạn luyện Rth 1 Y = x + xP [II-158] Rth  1 Rth  1 => Y = 0,7 x + 0,29 x p * Phương trình làm việc đoạn chưng R f ' 1 f Y' = x + xW [II-158] R 1 R 1 F 5,2 f = = = 4,48 P 1,16 => Y ' = 2,02 x – 1,02 xW V. Tính đường kính thiết bị Đường kính thiết bị được tính theo công thức sau: 4Vtb D = ,m [II-181]  .3600. tb Hay là: g tb D = 0,0188 ,m (  y y ) Trong đó: D : Đường kính tháp. 3 Vtb : Lượng hơi (khí) trung bình đi trong tháp, m /h.  tb : Tốc độ hơi (khí) trung bình đi trong tháp, m/s. Gtb : Lượng hơi ( khí) trung bình đi trong tháp, kg/h. 8
2 ( g y y ) tb :Tốc độ hơi (khí) trung bình đi trong tháp, kg/m s. V.1.Tính lượng lỏng và lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện và đoạn chưng của tháp Công thức tính lượng dòng lỏng: l Ml G x = P.R , kg/s [III - 117] Mp c Mc G x = P.R , kg/s [III - 118] Mp Và cho dòng hơi: l Ml G y = P(R +1) , kg/s [III - 118] Mp c Mc G y = P(R +1) , kg/s [III - 118] Mp Trong đó: G x , G ly : Lượng dòng lỏng và dòng hơi trong đoạn luyện, kg/s; l c c G x , G y : Lượng dòng lỏng và dòng hơi trong đoạn chưng, kg/s; M P : Khối lượng mol của sản phẩm đỉnh, kg/kmol; M l , M c : Khối lượng mol trung bình của lỏng trong đoạn luyện và đoạn chưng của tháp, kg/mol. Ta có: l l M l = M CS 2 . xtb + M ccl4 ( 1  xtb ) [III – 118] c c M c = M CS 2 . xtb + M CCl 4 (1  xtb ) [III – 118] l c xtb , xtb : Phần mol trung bình của đoạn luyện và đoạn chưng, phần mol l x p  xF 0,98  0,36 xtb =   0,67 phần mol 2 2 c x F  x w 0,36  0,01 xtb =   0,185 phần mol 2 2 M l = 76.0,67 + 154.(1 – 0,67) = 101,74 kg/mol M c = 76.0,185 + 154.(1 – 0,185) = 139,57 kg/mol Thay các giá trị vào phương trình tính lượng hơi và lượng lỏng ta được: l Ml 101,74 G x = P.R. = 1,16.2,4  3,73 kg/s Mp 76 c Mc 139,57 G x = P.R. = 1,16.2,4  5,11 kg/s Mp 76 l Ml 101,74 G y = P( R  1) = 1,16(2,4  1)  5,28 kg/s Mp 76 9
c Mc 139,57 G y = P( R  1) = 1,16(2,4  1)  7,24 kg/s Mp 76 V.2. Vận tốc hơi đi trong tháp Vận tốc hơi đi trong tháp được tính theo công thức sau: 0,16 0, 25 0,125   s2 . d . y   x   G   y  lg      0,125  1,75. x  .  [II-187]  g .Vtd . x   n   G         y   x  Trong đó:  s : Vận tốc sặc, m/s;  d : Bề mặt riêng của đệm, m2/m 3; Vtd: Thể tích tự do của đệm, m 3/m3; g: Gia tốc trọng trường, m/s2;  x ,  y : Khối lượng riêng của pha lỏng và pha hơi, kg/m3;  x ,  n : Độ nhớt của pha lỏng và độ nhớt của nước ở 200C, N.s/m 2; Gx, Gy: Lượng lỏng và lượng hơi trung bình, kg/s. V.2.1. Nhiệt độ trung bình của đoạn luyện và đoạn chưng Từ số liệu trong bảng I.X.2a[2-145] ta xây dựng được đồ thị quan hệ t-x,y như hình V.21. Qua đồ thị ta xác định được: tw = 76,080C, tF = 60,29 0C, tP = 46,620C.Ta có: l t F  t P 60,29  46,62 t tb    53,45 0 C 2 2 c t F  t w 60,29  76,08 t tb    68,18 0 C 2 2 V.2.2. Khối lượng riêng của pha hơi và pha lỏng trong tháp * Pha lỏng Dựa vào số liệu quan hệ  - t trong bảng I.2[I-9] và bằng phương pháp nội suy trên đồ thị V.2.2 ta xác định được:  CS 2  1211 kg/m 3 l  CCl4  1530 kg/m 3 l  CS 2  1186 kg/m3 c  CCl4 = 1498 kg/m3 c Trong đó: l  CS 2 : Khối lượng riêng của CS2 lở đoạn luyện; l  CCl4 : Khối lượng riêng của CCl4 ở đoạn luyện; c  CS 2 : Khối lượng riêng của CC2 ở đoạn chưng; 10
c  CCL4 : Khối lượng riêng của CCl4 ở đoạn chưng. Khối lượng riêng của hỗn hợp CS2- CCl4 ở đoạn luyện và đoạn chưng được xác định theo công thức sau: 1 x x l  l1  l 2  x  CS 2  CCl 4 1 x' x' c  c1  c 2  x  CS 2  CCl 4 Với: x1, x2: Nồng độ phần khối lượng của CS2 và CCl4 ở đoạn luyện; x1’, x2’: Nồng độ phần khối lượng của CS2 và CCl4 ở đoạn chưng. Ta có: a P  a F 0,97  0,22 x1    0,59 phần mol 2 2 x 2  1  x1' = 1-0,595 = 0,41 phần mol a F  a w 0,22  0,005 x1'    0,11 phần mol 2 2 ' x2  1  x1  0,89 phần mol 1 0,59 0,41 3 => l    1322 kg/m  x 1211 1530 1 0,1125 x' 3 => c  c  c 2  1455 kg/m x  CS 2  CCl4 * Pha hơi: - Đoạn luyện: M l .T0  ly  , kg/m 3  l  22,4 T0  t tb 101,74.273   3,80 kg/m 3 22,4273  53,45 - Đoạn chưng: M c .T0 c  , kg/m 3 y   c 22,4 T0  t tb 139,57.273 = = 4,98 kg/m3 22,4273  68,18 V.2.3. Độ nhớt của hỗn hợp Dựa vào số liệu quan hệ  -trong bảng I.101[I-91] và bằng phương pháp nội suy trên đồ thị V.2.3 ta xác định được:  CS2 = 0,263.10-3 Ns/m2; l  CCl = 0,627.10-3 Ns/m2. l 11
c  CS2 = 0,234.10-3 Ns/m 2; c  CCl 4 = 0,543.10-3 Ns/m2. Trong đó:  CS2 : Độ nhớt của CS2 ở đoạn luyện, N.s/m 2 l l  CCl4 : Độ nhớt của CCl ở đoạn luyên, N.s/m2 4 c  CS 2 : Độ nhớt của CS2 ở đoạn chưng, N.s/m2  CCl 4 : Độ nhớt của CCl4 ở đoạn chưng, N.s/m 2 c Độ nhớt của hỗn hợp lỏng được xác định như sau: lg  x = xtb lg  CS + (1 – xtb )lg  CCl 2 4 - Đoạn luyện: l lg  x = xtb . lg  CS + (1- xtb . lg  CCl l l l l 2 4 = 0,67.lg0,263.10-3 + (1- 0,67).lg0,63.10-3 = -3,45 =>  x = 0,350.10-3 N.s/m2 l - Đoạn chưng: c lg  xc = xtb .lg  CS + (1- xtb ).lg  CCl 4 c 2 c c = 0,18lg0,234.10 -3 + (1 - 0,18)lg0,543.10-3 = -3,33 =>  x = 0,465.10 -3 N.s/m2. c V.2.4. Chọn loại đệm(Thể tích tự do và bề mặt riêng của đệm) Chọn loại đệm vòng Rasiga làm bằng thép có kích thước 35x35x4,0mm. Tra số liệu trong bảng [II - 193] ta có:  d = 135 m 2/m3; 3 3 Vd = 0,78 m /m ;  d = 520 kg/m 3. Thay các số liệu vào công thức ta có:     l 2  l s d y l  x  0 ,16   l  = - 0,125 – 1,75  G x  0 , 25   ly  0 ,125 lg       . l  3 l  gVtd  x   Gl      n    y   x  0 , 25 0 ,125     l 2 135.3,8  0,350.10 3  0,16  s  3 , 73     3 ,8  .  lg     = -0,125 – 1,75.  5 , 28   9,81.0,78 3.1322  10 3         1322   lg0,072.  sl  = - 0,90 2  sl = 1,32 m/s 12
    c 2  c s d y c  x  0 ,16  0 , 25 c 0,125  Gxc    y  lg  3 c      = - 0,125 – 1,75   .   Gy    x  c c  gVtd  x  n            c 2 135.4,98  0,465.10  3  0,16   s 0 , 25  5,11   4,98    = - 0,125 – 1,75.  0 ,125 lg   .   9,81.0,78 3.1455  10 3       7,24   1455   lg0,088. sc  = - 0,91 2  sc = 1,18m/s Vận tốc làm việc thường bằng (0,7 ÷ 0,8)  s . Chọn   0,75. s ta có: l = 0,75.1,1,32 = 0,99m/s; c = 0,75.1,18 = 0,86m/s. Vậy ta có: 5,28.3600 Dl = 0,0188  1,34 m; 1,17.3,8 7,24.3600 Dc = 0,0188. =1,44 m. 0,99.4,98 Quy chuẩn đường kính ta có: Dl = 1,4m; Dc = 1,4m. Tính lại vận tốc phun ta có: l = 0,91m/s  0,70%  s ; c = 0,94m/s  0,80%  s . Như vậy tốc độ phun hơi nằm trong khoảng (0,8 ÷ 0,9)  s nên ta chọn đường kính của thiết bị Dl = Dc =1,4m là chấp nhận được. VI. Tính chiều cao tháp chưng luyện Đối với tháp chưng luyện loại đệm chiều cao tháp thường được tính theo số đơn vị chuyển khối: H t  hdv .m y , m; Hay: H t  hdv .m x , m. [II-175] h dv: chiều cao của 1 đơn vị chuyển khối, m; m x, my: Số đơn vị chuyển khối xác định theo nồng độ trong pha lỏng và pha hơi. VI.1. Xác định số đơn vị chuyển khối - Số đơn vị chuyển khối được xác định bằng phương pháp tích phân đồ thị: 13
y2 dy my = y . [II-176] y1 cb  y Trong đó: y cb : Thành phần mol của pha hơi; y : Thành phần làm việc của pha hơi. - Phương pháp xác định: Cho nhiều giá trị của x, theo đồ thị đường cân bằng và đường làm việc ở Rth xác 1 định được các giá trị của y cb và y . Tính được giá trị , xây dựng đồ thị quan y cb  y 1 hệ giữa và y ( hình V.1). Giá trị m y chính là diện tích giới hạn bởi đường y cb  y cong, trục hoành và các đường y  y w ; y  y p . - Kết quả được tổng hợp dưới bảng sau: 1 y y cb ycb  y y cb  y 0,010 0,028 0,018 55,555 0,148 0,134 0,092 10,869 0,301 0,423 0,122 8,196 0,454 0,544 0,898 11,136 0,537 0,597 0,659 15,174 0,546 0,607 0,607 16.474 0,574 0,645 0,709 14,104 0,644 0,726 0,822 12,165 0,714 0,791 0,770 12,987 0,784 0,848 0,645 15,504 0,854 0,901 0,470 21,276 0,924 0,95 0,026 38,461 0,980 0,990 0,010 100,000 1 - Biểu diễn trên đồ thị quan hệ giữa và y như sau: y cb  y 14
1 y cb  y 0 y yw yF yp 1 Hình VI.1. Quan hệ giữa và y y cb  y Từ đồ thị hình VI.1 ta xác định được: + Số đơn vị chuyển khối đoạn luyện: yp dy m ly  y  8,18 y cb  y + Số đơn vị chuyển khối đoạn chưng: yf dy mc  y y  6,48 yw cb  y VI.2 Xác định chiều cao của 1 đơn vị chuyển khố Chiều cao của 1 đơn vị chuyển khối được xác định như sau: mG y hdv  h1  h2 , m [II-177] Gx Trong đó: h1 : Chiều cao của 1 đơn vị chưyển khối đối với pha hơi, m; h 2 : Chiều cao của 1 đơn vị chuyển khối đối với pha lỏng, m; G y : Lưu lượng pha hơi, kg/s; G x : Lưu lượng pha lỏng, kg/s; m : Giá trị tg của góc nghiêng đường cân bằng tạo với mặt phẳng ngang; Vd h1  Re 0,25 . Pr y2 / 3 , m; y [II-177] a d 15
2/3   h2  256 x    . Re 0, 25 . Pr y0,5 , m; y [II-177]  x  Với: a : Hệ số phụ thuộc vào dạng đệm, đối với đệm vòng a = 0,123; 3 3 Vd : Thể tích tự do của đệm, m /m ;  d : Bề mặt riêng của đệm, m 2/m3;  : Hệ số thấm ướt của đệm;  x : Khối lượng riêng của lỏng, kg/m 3  x : Độ nhớt của pha lỏng, Ns/m 2; Rex, Rey: Chuẩn số Reynon của pha lỏng và pha hơi; Prz, Pry: Chuẩn số Pran của pha lỏng và pha hơi; VI.2.1. Xác định giá trị m Để xác định giá trị hệ số phân bố m ta chia đường cân bằng ra làm nhiều đoạn và tìm giá trị tg góc nghiêng của những đoạn đã chia, khi đó m được xác định theo công thức: m1  m2  ...  mi m [II-168] i Trong đó: m1 , m 2 , mi : Giá trị tg góc nghiêng tương ứng với những đoạn khác nhau trên đường cân bằng; i: Số đoạn được chia (i = 3 – 6) Từ hình VI.2.1 cho ta các giá trị góc m như sau: m1  tg 1  0,51 m 2  tg 2  0,55 m3  tg 3  0,80 m4  tg 4  1,18 m5  tg 5  1,67 m6  tg 6  2,36 Vậy ta có: Đoạn luyện: m1  m2  m3 0,51  0,55  0,80 ml    0,62 3 3 Đoan chưng: m4  m5  m6 1,13  1,67  2,36 mc    1,72 3 3 VI.2.2 Xác định hệ số thấm ướt 16
Hệ số thấm ướt  phụ thuộc vào tỉ số giữa mật độ tưới thực tế lên tiết diện ngang của tháp và mật độ tưới thích hợp. Mật độ tưới thực tế: Vx U tt  , m3/m2h; Ft Mật độ tưới thích hợp: 3 2 U th  B. d , m /m h; Vx : Lưu lượng thể tích chất lỏng, m 3/h; 2 Ft : Diện tích mặt cắt ngang của tháp; m ; B : Hắng số, đối với chưng luyện lấy giá trị B = 0,065. Ta có: 3 2 U th  B. d = 0,065.135 = 8,77 m /m h D 2 3,14.1,4 2 2 Ft    1,54 m 4 4 - Đoạn luyện: l G x  3,73.3600  13428 kg/h l G x 13428 3 Vl  l   10,16 m /h  x 1322 l Vxl 10,16 3 2 U tt    6,60 m /m h Ft 1,54 l U tt 6,6 l   0,75 U th 8,77 Dựa vào đồ thị hình IX.16[II-178] ta xác định được  = 0,75 - Đoạn chưng: c G y  5,11.3600  18396 kg/h c G x 18396 3 Vxc  c   12,64 m /h x 1455 c V xc 12,64 3 2 U tt    8,21 m /m h Ft 1,54 c U tt 8,21 c   0,94 U th 8,77 Dựa vào đồ thị hình IX.16[II-178] ta xác định được  = 0,96. VI.2.3.Xác định chiều cao của 1 đơn vị chuyển khối ở đoạn luyện  Xác định chuẩn số Reynon: - Chuẩn số Reynon pha hơi: 17
0,4  ly  sl Re ly  [II-178]  ly  d Với:  ly  3,80 kg/m3  sl  1,32 m/s  ly  0,328.10 3 Ns/m2  d  135 m2/m3 0,4.3,80.1,32 => Re ly   45,31 0,328.10 3.135 - Chuẩn số Reynon pha lỏng: l l0,04G x Re x [II-178] Ft d  x Với: l G x  3,73 kg/s 2 Ft  1,54 m  x  0,35.10 3 Ns/m 2 c  d  135 m2/m3 0,04.3,73 => Re lx   2,05 1,54.0,35.10 3.135  Xác định chuẩn số Pran đoạn luyện - Chuẩn số Pran pha hơi: l  ly Pr y [II-178]  ly D y l Trong đó:  ly  0,328.10 3 Ns/m2;  ly  3,8 kg/m 3; l 2 D y : Hệ số khuyếch tán pha hơi đoạn, m /s; 0,0043.10 4.Tl1,5 1 1 D ly  1 1  , m 2/s [II-127] PVcs23  Vccl34    M CS 2 M CCl4   Tl : Nhiệt độ trung bình của đoạn luyện, K Tl = 273 + 53,45 = 326,45 K P = 1,03 at; M CS , M CCl4 : Khối lượng phân tử của CS2, CCl4 2 18
M CS 2 = 76; M CCl 4 = 154; VCS2 ,VCCl4 : Thể tích mol của CS2, CCl4, m3/mol; 3 VCS 2  14,8  2.25,6  66 cm /mol; 3 VCCl 4  14,8  4.24,6  113,20 cm /mol; 0,0043.10 4.326,45 1,5 1 1 D ly  1 1   4,51.10  6 , m2/s 1,03 66 3  113,20 3  76 154     0,328.10 3 Pr yl   19,14 3,8.4,51.10 6 - Chuẩn số Pran pha lỏng: l l y Pr x  x .D ly l Trong đó:  ly  0,35.10 3 , Ns/m2;  ly  1322 kg/m2; l 2 Dx : Hệ số khuyếch tán pha lỏng đoạn luyện, m /s; 2 Dx  D0 1  bt l  20 , m /s l [II - 134] t l  53,450 C ; 20  CCl4 b  0,2 20 3  CCl4 20  CCl4  0,97 cP;  CCL4  1594 kg/m3; 20 0,97  b3  16,86.10 3 1594 0 2 D20 : Hệ số khuyếch tán pha lỏng đoạn ở 20 C, m /s; 1 1 1.10 6.  M CS 2 M CCl4 D20  2 , m2/s [II - 133] 1 1 A. B  20 V 3  V 3   CS2 xCCl 4 CCl 4    A, B : Hệ số liên hợp, A = 1; B = 0,94; 1 1 1.10 3  76 154 2 D20  1.0 , 94  1,62.10 8 , m / 0,97  Dx  1,62.10 8 1  16,86.10 3 53,45  20  2,53.10 8 l  19
0,35.10 3 Prxl   10,45 1322.2,53.10 8 Vậy: Vd 0,78 2 h1l  a d  Re ly  .Pr  0, 25 l 2/3 y  0,123.0,75.135 .45,310, 25.19,14.10 3  1,16 m 2/3 2    0,35.10 3  3 l h  256 x 2     . Re x  .Pr  l 0 , 25 l 0,5 x  256 0 , 25  1322  .2,05 .10,45  0,5  x    = 0,041m l l l ml G y l 0,625.5,28 h h  dv 1 l h2  1,16  .0,041  1,19 m G x 3,73 VI.2.4 Xác định chiều cao của 1 đơn vị chuyển khối ở đoạn chưng  Xác định chuẩn số Reynon: - Chuẩn số Reynon pha hơi: 0,4  y  sc c Re cy  c [II-178]  y d Với:  y  4,98 kg/m 3 c  sc  1,18 m/s  c  0,439.10 3 Ns/m2 y  d  135 m2/m3 0,4.4,98.1,18 => Re cy   44,65 0,439.10 3.135 - Chuẩn số Reynon pha lỏng: 0,04G xc c Re  x [II-178] Ft d  x Với: c G x  5,11 kg/s 2 Ft  1,54 m  x  0,465.10 3 Ns/m2 c  d  135 m2/m3 0,04.5,11 => Re c  x  2,11 1,54.0,465.10 3.135  Xác định chuẩn số Pran đoạn chưng - Chuẩn số Pran pha hơi: 20