intTypePromotion=1

luận văn: “thiết kế tháp chưng cất hệ Etanol - Nước hoạt động liên tục với nâng suất nhập liệu : 1000 kg/h có nồng độ 10% mol etanol ,thu được sản phẩm đỉnh có nồng độ 85% mol etanol với độ thu hồi etanol là 99%.”

Chia sẻ: Nguyễn Thị Bích Ngọc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:64

0
360
lượt xem
137
download

luận văn: “thiết kế tháp chưng cất hệ Etanol - Nước hoạt động liên tục với nâng suất nhập liệu : 1000 kg/h có nồng độ 10% mol etanol ,thu được sản phẩm đỉnh có nồng độ 85% mol etanol với độ thu hồi etanol là 99%.”

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

Ngày nay, các phương pháp được sử dụng để nâng cao độ tinh khiết: trích ly, chưng cất, cô đặc, hấp thu… Tùy theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp thích hợp. Đối với hệ Etanol - Nước là 2 cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho Etanol.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: luận văn: “thiết kế tháp chưng cất hệ Etanol - Nước hoạt động liên tục với nâng suất nhập liệu : 1000 kg/h có nồng độ 10% mol etanol ,thu được sản phẩm đỉnh có nồng độ 85% mol etanol với độ thu hồi etanol là 99%.”

  1. AMH Quá Trình và Thi t B GVHD : Vũ Bá Minh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: “thi t k tháp chưng c t h Etanol - Nư c ho t ng liên t c v i nâng su t nh p li u : 1000 kg/h có n ng 10% mol etanol ,thu ư c s n ph m nh có n ng 85% mol etanol v i thu h i etanol là 99%.” 1
  2. AMH Quá Trình và Thi t B GVHD : Vũ Bá Minh M CL C trang L IM U CHƯƠNG I : T NG QUAN .................................................................... I . LÝ THUY T V CHƯNG C T 1 . Phương pháp chưng c t 2 . Thi t b chưng c t: II . GI I THI U SƠ B NGUYÊN LI U 1 . Etanol 2 . Nư c 3 . H n h p Etanol – Nư c III . CÔNG NGH CHƯNG C T H ETANOL – NƯ C CHƯƠNG II : CÂN B NG V T CH T I . CÁC THÔNG S BAN U II . XÁC NH SU T LƯ NG S N PH M NH VÀ S N PH M ÁY III . XÁC NH T S HOÀN LƯU THÍCH H P 1 . T s hoàn lưu t i thi u 2 . T s hoàn lưu thích h p IV . PHƯƠNG TRÌNH Ư NG LÀM VI C – S MÂM LÝ THUY T 1 . Phương trình ư ng n ng làm vi c c a o n c t 2 . Phương trình ư ng n ng làm vi c c a o n chưng 3 . S mâm lý thuy t V . XÁC NH S MÂM TH C T CHƯƠNG III :TÍNH TOÁN –THI T K THÁP CHƯNG C T I . Ư NG KÍNH THÁP 1 . ư ng kính o n c t 2 . ư ng kính o n chưng II . MÂM L – TR L C C A MÂM 1 . C u t o mâm l 2. gi m áp c a pha khí qua m t mâm 2
  3. AMH Quá Trình và Thi t B GVHD : Vũ Bá Minh 3 . Ki m tra ng p l t khi tháp ho t ng : III . TÍNH TOÁN CƠ KHÍ C A THÁP 1 . B dày thân tháp : 2 . áy và n p thi t b : 3 . Bích ghép thân, áy và n p : 4 . ư ng kính các ng d n – Bích ghép các ng d n : 5 . Tai treo và chân : CHƯƠNG IV : TÍNH TOÁN THI T B TRUY N NHI T- THI T B PH I . CÁC THI T B TRUY N NHI T 1 . Thi t b ngưng t s n ph m nh 2 . Thi t b làm ngu i s n ph m nh 3 . N i un gia nhi t s n ph m áy 4 . Thi t b trao i nhi t gi a nh p li u và s n ph m áy 5 . Thi t gia nhi t nh p li u II. TÍNH B O ÔN C A THI T B III . TÍNH TOÁN BƠM NH P LI U 1 . Tính chi u cao b n cao v 2 . Ch n bơm CHƯƠNG V : GIÁ THÀNH THI T B I . TÍNH SƠ B GIÁ THÀNH C A THI T B II . K T LU N TÀI LI U THAM KH O 3
  4. AMH Quá Trình và Thi t B GVHD : Vũ Bá Minh L IM U M t trong nh ng ngành có s óng góp to l n n ngành công nghi p nư c ta nói riêng và th gi i nói chung, ó là ngành công nghi p hóa h c. c bi t là ngành hóa ch t cơ b n. Hi n nay, trong nhi u ngành s n su t hóa h c cũng như s d ng s n ph m hóa h c, nhu c u s d ng nguyên li u ho c s n ph m có tinh khi t cao ph i phù h p v i quy trình s n su t ho c nhu c u s d ng. Ngày nay, các phương pháp ư c s d ng nâng cao tinh khi t: trích ly, chưng c t, cô c, h p thu… Tùy theo c tính yêu c u c a s n ph m mà ta có s l a ch n phương pháp thích h p. i v i h Etanol - Nư c là 2 c u t tan l n hoàn toàn, ta ph i dùng phương pháp chưng c t nâng cao tinh khi t cho Etanol. án môn h c Quá trình và Thi t b là m t môn h c mang tính t ng h p trong quá trình h c t p c a các k sư hoá- th c ph m tương lai. Môn h c giúp sinh viên gi i quy t nhi m v tính toán c th v : yêu c u công ngh , k t c u, giá thành c a m t thi t b trong s n xu t hoá ch t - th c ph m. ây là bư c u tiên sinh viên v n d ng nh ng ki n th c ã h c c a nhi u môn h c vào gi i quy t nh ng v n k thu t th c t m t cách t ng h p. Nhi m v c a AMH là thi t k tháp chưng c t h Etanol - Nư c ho t ng liên t c v i nâng su t nh p li u : 1000 kg/h có n ng 10% mol etanol ,thu ư c s n ph m nh có n ng 85% mol etanol v i thu h i etanol là 99%. Em chân thành c m ơn các quí th y cô b môn Máy & Thi t B , các b n sinh viên ã giúp em hoàn thành án này. Tuy nhiên, trong quá trình hoàn thành án không th không có sai sót, em r t mong quí th y cô góp ý, ch d n. 4
  5. AMH Quá Trình và Thi t B GVHD : Vũ Bá Minh CHƯƠNG I : T NG QUAN. I . LÝ THUY T V CHƯNG C T: 1 . Phương pháp chưng c t : Chưng c t là qua trình phân tách h n h p l ng (ho c khí l ng) thành các c u t riêng bi t d a vào s khác nhau v bay hơi c a chúng (hay nhi t sôi khác nhau cùng áp su t), b ng cách l p i l p l i nhi u l n quá trình bay hơi - ngưng t , trong ó v t ch t i t pha l ng vào pha hơi ho c ngư c l i. Khác v i cô c, chưng c t là quá trình trong ó c dung môi và ch t tan u bay hơi, còn cô c là quá trình trong ó ch có dung môi bay hơi. Khi chưng c t ta thu ư c nhi u c u t và thư ng thì bao nhiêu c u t s thu ư c b y nhiêu s n ph m. N u xét h ơn gi n ch có 2 h c u t thì ta thu ư c 2 s n ph m: s n ph m nh ch y u g m g m c u t có bay hơi l n (nhi t sôi nh ), s n ph m áy ch y u g m c u t có bay hơi bé(nhi t sôi l n) . i v i h Etanol - Nư c s n ph m nh ch y u g m etanol và m t ít nư c , ngư c l i s n ph m áy ch y u g m nư c và m t ít etanol. Các phương pháp chưng c t: ư c phân lo i theo:  Áp su t làm vi c : chưng c t áp su t th p, áp su t thư ng và áp su t cao. Nguyên t c c a phương pháp này là d a vào nhi t sôi c a các c u t , n u nhi t sôi c a các c u t quá cao thì ta gi m áp su t làm vi c gi m nhi t sôi c a các c u t .  Nguyên lý làm vi c: liên t c, gián o n(chưng ơn gi n) và liên t c. * Chưng c t ơn gi n(gián o n): phương pháp này u c s d ng trong các trư ng h p sau: + Khi nhi t sôi c a các c u t khác xa nhau. + Không òi h i s n ph m có tinh khi t cao. + Tách h n h p l ng ra kh i t p ch t không bay hơi. + Tách sơ b h n h p nhi u c u t . * Chưng c t h n h p hai c u t (dùng thi t b ho t ng liên t c) là quá trình ư c th c hi n liên t c, ngh ch dòng, nh u o n.  Phương pháp c t nhi t áy tháp: c p nhi t tr c ti p b ng hơi nư c: thư ng ư c áp d ng trư ng h p ch t ư c tách không tan trong nư c . V y: i v i h Etanol – Nư c, ta ch n phương pháp chưng c t liên t c c p nhi t gián ti p b ng n i un áp su t thư ng. 5
  6. AMH Quá Trình và Thi t B GVHD : Vũ Bá Minh 2 . Thi t b chưng c t: Trong s n xu t thư ng s d ng r t nhi u lo i tháp nhưng chúng u có m t yêu c u cơ b n là di n tích b m t ti p xúc pha ph i l n , i u này ph thu c vào phân tán c a lưu ch t này vaò lưu ch t kia . Tháp chưng c t r t phong phú v kích c và ng d ng ,các tháp l n nh t thư ng ư c ng d ng trong công nghi p l c hoá d u. Kích thư c c a tháp : ư ng kính tháp và chi u cao tháp tuỳ thu c su t lư ng pha l ng, pha khí c a tháp và tinh khi t c a s n ph m. Ta kh o sát 2 lo i tháp chưng c t thư ng dùng là tháp mâm và tháp chêm.  Tháp mâm: thân tháp hình tr , th ng ng phía trong có g n các mâm có c u t o khác nhau chia thân tháp thành nh ng o n b ng nhau, trên mâm pha l ng và pha hơi ơc cho ti p xúc v i nhau. Tùy theo c u t o c a ĩa, ta có: * Tháp mâm chóp : trên mâm b trí có chép d ng:tròn ,xú b p ,ch s… * Tháp mâm xuyên l : trên mâm b trí các l có ư ng kính (3-12) mm.  Tháp chêm(tháp m): tháp hình tr , g m nhi u o n n i v i nhau b ng m t bích hay hàn. V t chêm ư c cho vào tháp theo m t trong hai phương pháp: x p ng u nhiên hay x p th t . * So sánh ưu và như c i m c a các lo i tháp : Tháp chêm. Tháp mâm xuyên lo. Tháp mâm chóp. - Hi u su t tương i Ưu i m: - ơn gi n. cao. - Hi u su t cao. - Tr l c th p. - Ho t ng khá n nh. - Ho t ng n nh. - Làm vi c v i ch t l ng b n. Như c i m: - Hi u su t th p. - Tr l c khá cao. - C u t o ph c t p. - Yêu c u l p t kh t - n nh kém. khe -> l p ĩa th t ph ng. - Tr l c l n. - Không làm vi c v i - Thi t b n ng. ch t l ng b n. Nh n xét: tháp mâm xuyên l là tr ng thái trung gian gi a tháp chêm và tháp mâm chóp. Nên ta ch n tháp chưng c t là tháp mâm xuyên l . V y: Chưng c t h Etanol - Nư c ta dùng tháp mâm xuyên l ho t ng liên t c áp su t thư ng, c p nhi t gián ti p áy tháp. II . GI I THI U SƠ B NGUYÊN LI U : Nguyên li u là h n h p Etanol - Nư c. 1 . Etanol: (Còn g i là rư u etylic , c n êtylic hay c n th c ph m). Etanol có công th c phân t : CH3-CH2-OH, kh i lư ng phân t : 46 vC. Là ch t l ng có mùi c trưng, không c, tan nhi u trong nư c.  M t s thông s v t lý và nhi t ng c a etanol: + Nhi t sôi 760(mmHg): 78.3oC. + Kh i lư ng riêng: d420 = 810 (Kg/m3).  Tính ch t hóa h c: T t c các ph n ng hoá h c x y ra nhóm hydroxyl (-OH) c a etanol là th hi n tính ch t hoá h c c a nó. 6
  7. AMH Quá Trình và Thi t B GVHD : Vũ Bá Minh * Ph n ng c a hydro trong nhóm hydroxyl: CH3-CH2-OH CH3-CH2-O- + H+ H ng s phân ly c a etanol: K CH −CH −OH = 10 −18 , cho nên etanol là ch t 3 2 trung tính. + Tính acid c a rư u th hi n qua ph n ng v i kim lo i ki m, Natri hydrua(NaH), Natri amid(NaNH2): CH3-CH2-OH + NaH CH3-CH2-ONa + H2 Natri etylat −14 Do K CH −CH −OH < K H O = 10 : tính acid c a rư u nh hơn tính acid c a 3 2 2 nư c, nên khi mu i Natri etylat tan trong nư c s b thu phân thành rư u tr l i. + Tác d ng v i acid t o ester: Rư u etanol có tính bazơ tương ương v i nư c. Khi rư u tác d ng v i acid vô cơ H2SO4, HNO3 và acid h u cơ u t o ra ester. Lạnh CH3-CH2-OH + HO-SO3-H CH3-CH2O-SO3-H + H2O + CH3-CH2O-H + HO-CO-CH3 H CH3-COO-C2H5 + H2O * Ph n ng trên nhóm hydroxyl: + Tác d ng v i HX: CH3-CH2-OH + HX CH3-CH2-X + H2O + Tác d ng v i Triclo Ph t pho: CH3-CH2-OH + PCl3 CH3-CH2-Cl + POCl + HCl Al2O3 + Tác d ng v i NH3: CH3-CH2-OH + NH3 C2H5-NH2 + H2O + Ph n ng t o eter và tách lo i nư c: t o H2SO4 2CH3-CH2-OH (CH3-CH2)2O + H2 O o >150 C H2SO4 CH3-CH2-OH CH2=CH2 + H2 O o >150 C * Ph n ng hydro và oxy hoá: Cu CH3-CH2-OH CH3-CHO + H2 o 200-300 C  ng d ng: etanol có nhi u ng d ng hơn metanol, nó óng m t vai trò quan tr ng trong n n kinh t qu c dân. Nó là nguyên li u dùng s n su t hơn 150 m t hàng khác nhau và ư c ng d ng r ng rãi trong các ngành: công nghi p n ng, y t và dư c, qu c phòng, giao thông v n t i, d t, ch bi n g và nông nghi p. + Công nghiệp cao su tổng hợp + Dung môi hữu cơ:pha sơn.. + Động lực. + Nguyên liệu. + Rượu mùi. Nhiên liệu. + Dấm. 7 + Động lực. Etanol
  8. AMH Quá Trình và Thi t B GVHD : Vũ Bá Minh + Thuốc súng không khói. + Nhiên liệu hoả tiễn, bom bay. Sơ tóm t t v trí c a etanol trong các ngành công nghi p.  Phương pháp i u ch : có nhi u phương pháp i u ch etanol: hydrat hoá etylen v i xúc tác H2SO4; thu phân d n xu t halogen và ester c a etanol khi un nóng v i nư c xúc tác dung d ch bazơ; hydro hoá aldyhyt acêtic; t các h p ch t cơ kim… Trong công nghi p, i u ch etanol b ng phương pháp lên men t ngu n tinh b t và r ư ng. Nh ng năm g n ây, nư c ta công ngh s n su t etanol ch y u là s d ng ch ng n m men Saccharomyses cerevisiae lên men tinh b t: C6 H 6 O 6 Nấm men 2C2H5OH + 2CO2 + 28 Kcal Trong ó: 95%Zymaza li u chuy n thành etanol và CO2. nguyên 5% nguyên li u chuy n thành s n ph m ph : glyxêrin, acid sucxinic, d u fusel, metylic và các acid h u cơ(lactic, butylic…). 2 . Nư c: Trong i u ki n bình thư ng: nư c là ch t l ng không màu, không mùi, không v nhưng kh i nư c dày s có màu xanh nh t. Khi hóa r n nó có th t n t i d ng 5 d ng tinh th khác nhau: Kh i lư ng phân t : 18 g / mol Kh i lư ng riêng d40 c : 1 g / ml 0 Nhi t nóng ch y : 0C Nhi t sôi : 1000 C Nư c là h p ch t chi m ph n l n trên trái t (3/4 di n tích trái t là nư c bi n) và r t c n thi t cho s s ng. Nư c là dung môi phân c c m nh, có kh năng hoà tan nhi u ch t và là dung môi r t quan tr ng trong k thu t hóa h c. 3 . H n h p Etanol – Nư c: Ta có b ng thành ph n l ng (x) – hơi (y) và nhi t sôi c a h n h p Etanol - Nư c 760 mmHg: x(%phân mol) 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 y(%phân mol) 0 33,2 44,2 53,1 57,6 61,4 65,4 69,9 75,3 81,8 89,8 100 o t( C) 100 90,5 86,5 83,2 81,7 80,8 80 79,4 79 78,6 78,4 78,4 8
  9. AMH Quá Trình và Thi t B GVHD : Vũ Bá Minh y(%mol) Heä Etanol -Nöôùc 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 x(%mol) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 9
  10. AMH Quá Trình và Thi t B GVHD : Vũ Bá Minh III. CÔNG NGH CHƯNG C T H ETANOL – NƯ C: Etanol là m t ch t l ng tan vô h n trong H2O, nhi t sôi là 78,30C 760mmHg, nhi t sôi c a nư c là 100oC 760mmHg : hơi cách bi t khá xa nên phương pháp hi u qu thu etanol có tinh khi t cao là phương pháp chưng c t. Trong trư ng h p này, ta không th s d ng phương pháp cô c vì các c u t u có kh năng bay hơi, và không s d ng phương pháp trích ly cũng như phương pháp h p th do ph i ưa vào m t khoa m i tách, có th làm cho quá trình ph c t p hơn hay quá trình tách không ư c hoàn toàn. * Sơ qui trình công ngh chưng c t h Etanol – nư c: Chú thích các kí hi u trong qui trình: 1 . B n ch a nguyên li u. 2 . Bơm. 3 . B n cao v . 4 . Lưu lư ng k . 5 . Thi t b trao i nhi t v i s n ph m áy. 6 . Thi t b gia nhi t nh p li u. 7 . B y hơi. 8 . Tháp chưng c t. 9 . Nhi t k . 10 . Ap k . 11 . Thi t b ngưng t s n ph m nh. 12 . N i un. 13 . Thi t b làm ngu i s n ph m nh. 14 . B n ch a s n ph m nh. 15 . B n ch a s n ph m áy. 16 . B ph n phân dòng. 10
  11. AMH Quá Trình và Thi t B GVHD : Vũ Bá Minh 11
  12. AMH Quá Trình và Thi t B GVHD : Vũ Bá Minh * Thuy t minh qui trình công ngh : H n h p etanol – nư c có n ng etanol 10% ( theo phân mol), nhi t kho ng 0 28 C t i bình ch a nguyên li u (1) ư c bơm (2) bơm lên b n cao v (3). T ó ư c ưa n thi t b trao i nhi t (5) ( trao i nhi t v i s n ph m áy ). Sau ó, h n h p ư c un sôi n nhi t sôi trong thi t b gia nhi t(6), h n h p ư c ưa vào tháp chưng c t (8) ĩa nh p li u. Trên ĩa nh p li u, ch t l ng ư c tr n v i ph n l ng t o n c t c a tháp ch y xu ng. Trong tháp hơi, i t dư i lên g p ch t l ng t trên xu ng. ây, có s ti p xúc và trao i gi a hai pha v i nhau. Pha l ng chuy n ng trong ph n chưng càng xu ng dư i càng gi m n ng các c u t d bay hơi vì ã b pha hơi t o nên t n i un (12) lôi cu n c u t d bay hơi.Nhi t càng lên trên càng th p, nên khi hơi i qua các ĩa t dư i lên thì c u t có nhi t sôi cao là nư c s ngưng t l i, cu i cùng trên nh tháp ta thu ư c h n h p có c u t etanol chi m nhi u nh t (có n ng 85% phân mol). Hơi này i vào thi t b ngưng t (11) và ư c ngưng t hoàn toàn. M t ph n ch t l ng ngưng t i qua thi t b làm ngu i s n ph m nh (13), ư c làm ngu i n 350C , r i ư c ưa qua b n ch a s n ph m nh (14). Ph n còn l i c a ch t l ng ngưng t ơc hoàn lưu v tháp ĩa trên cùng v i t s hoàn lưu t i ưu. M t ph n c u t có nhi t sôi th p ư c b c hơi, còn l i c u t có nhi t sôi cao trong ch t l ng ngày càng tăng. Cu i cùng, áy tháp ta thu ư c h n h p l ng h u h t là các c u t khó bay hơi ( nư c). H n h p l ng áy có n ng etanol là 0,11 % phân mol, còn l i là nư c. Dung d ch l ng áy i ra kh i tháp vào n i un (12). Trong n i un dung d ch l ng m t ph n s b c hơi cung c p l i cho tháp ti p t c làm vi c, ph n còn l i ra kh i n i un ư c trao i nhi t v i dòng nh p li u trong thi t b (5) (sau khi qua b n cao v ). H th ng làm vi c liên t c cho ra s n ph m nh là etanol, s n ph m áy sau khi trao i nhi t v i nh p li u có nhi t là 600C ư c th i b . CHƯƠNG II : CÂN B NG V T CH T . I . CÁC THÔNG S BAN U:  Năng su t nh p li u : GF = 1000 (Kg/h) .  N ng nh p li u : xF = 10%mol etanol. 12
  13. AMH Quá Trình và Thi t B GVHD : Vũ Bá Minh  N ng s n ph m nh : xD = 85%mol etanol .  T l thu h i etanol : h= 99%.  Kh i lư ng phân t c a rư u và nư c : MR =46 , MN =18 .  Ch n : + Nhi t nh p li u : t’F =28oC . + Nhi t s n ph m nh sau khi làm ngu i : t’D =35oC . + Nhi t s n ph m áy sau khi trao i nhi t : t’W = 35oC . +Tr ng thái nh p li u là tr ng thái l ng sôi .  Các kí hi u : + GF , F : su t lư ng nh p li u tính theo Kg/h , Kmol/h . + GD , D : su t lư ng s n ph m nh tính theo Kg/h , Kmol/h . + GW ,W : su t lư ng s n ph m áy tính theo Kg/h , Kmol/h . + xi , xi : phân mol , phân kh i lư ng c a c u t i . II . XÁC NH SU T LƯ NG S N PH M NH VÀ S N PH M ÁY :  Cân b ng v t ch t cho toàn tháp : F=D+W (II.1)  Cân b ng c u t etanol (c u t nh ) : F.xF = D.xD + W.xW (II.2)  T l thu h i (h=99%) : F.xF . h= D.xD (II.3) V i : * Phân mol nh p li u : xF = 0,10 (phân mol etanol ). 46.x F xF = =22,12%(theo kh i lư ng ) . 46.x F + (1 − x F ).18 Kh i lư ng phân t trung bình dòng nh p li u : MF = 46.x F + (1 − x F ).18 = 20,8 (Kg/Kmol). GF 1000 F= = =48,077 (Kmol/h) MF 20.8 * Phân mol s n ph m nh : xD =0,85 (phân mol etanol) . Kh i lư ng phân t trung bình dòng s n ph m nh : MD = 46.x D + (1 − x D ).18 =41,8 (Kg/Kmol). Gi i 3 phương trình (II.1),(II.2),(II.3),ta có : 13
  14. AMH Quá Trình và Thi t B GVHD : Vũ Bá Minh D = 5,600 (Kmol/h) W = 42,477 (Kmol/h) xW = 0,0011 (phân mol etanol ) Suy ra , kh i lư ng phân t trung bình dòng s n ph m áy : MW = 46.xW + (1 − xW ).18 = 18,032 (Kg/Kmol). III . XÁC NH T S HOÀN LƯU THÍCH H P: 1 . T s hoàn lưu t i thi u: T s hoàn lưu t i thi u là ch làm vi c mà t i ó ng v i s mâm lý thuy t là vô c c .Do ó ,chi phí c nh là vô c c nhưng chi phí i u hành (nhiên li u ,nư c và bơm…) là t i thi u . Do th cân b ng c a h Etanol-Nư c có i m u n ,nên xác nh t s hoàn lưu t i thi u b ng cách : +Trên th cân b ng y-x ,t i m (0,85;0,85) ta k m t ư ng th ng ti p tuy n v i ư ng cân b ng t i i m u n , c t tr c Oy t i i m có yo = 0,26 . +Theo phương trình ư ng làm vi c o n c t , khi xo =0 thì xD yo = =0,26 Rmin + 1 V y : t s hoàn lưu t i thi u : Rmin = 2,269 2. T s hoàn lưu thích h p: Khi R tăng, s mâm s gi m nhưng ư ng kính tháp ,thi t b ngưng t ,n i un và công bơm cũng tăng theo.Chi phí c nh s gi m d n n c c ti u r i tăng n vô c c khi hoàn lưu toàn ph n ,lư ng nhi t và lư ng nư c s d ng cũng tăng theo t s hoàn lưu . T ng chi phí bao g m : chi phí c nh và chi phí i u hành . T s hoàn lưu thích h p ng v i t ng chi phí là c c ti u . Tuy nhiên , ôi khi các chi phí i u hành r t ph c t p ,khó ki m soát nên ngư i ta có th tính t s hoàn lưu thích h p t i u ki n tháp nh nh t . tính ư c t s hoàn lưu thích h p theo i u ki n tháp nh nh t (không tính n chi phí i u hành),ta c n l p m i quan h gi a t s hoàn lưu và th tích tháp ,t ó ch n Rth ng v i th tích tháp là nh nh t. Nh n th y ,ti t di n tháp t l v i lư ng hơi i trong tháp ,mà lư ng hơi l i t l v i lư ng l ng h i lưu trong tháp ,do trong i u ki n làm vi c nh t nh thì GD s không i nên lư ng l ng h i lưu s t l v i (R+1) ,do ó , ti t di n tháp s t l v i (R+1). Ngoài ra ,chi u cao tháp t l v i s ơn v chuy n kh i mox hay s mâm lý thuy t Nlt .Cho nên ,th tích làm vi c c a tháp t l v i tích s mox*(R+1) .Như v y, ta có th thi t l p quan h gi a R và Vtháp theo quan h R và mox*(R+1) .T th c a quan h này ,ta xác nh ư c i m c c ti u c a mox*(R+1) ng v i t s hoàn lưu thích h p R . R mox mox*(R+1) 2.496 47.818 167.173 2.723 37.733 140.480 14
  15. AMH Quá Trình và Thi t B GVHD : Vũ Bá Minh 2.973 32.801 130.320 3.023 33.545 134.952 170 R*(m ox+1) 160 150 140 130 R 120 2.00 2.50 3.00 3.50 V y : T s hoàn lưu thích h p là R= 2,973 . IV . PHƯƠNG TRÌNH Ư NG LÀM VI CS MÂM LÝ THUY T: 1 . Phương trình ư ng n ng làm vi c c a o n c t : R. x 2,973 0,85 y= .x + D = .x + R +1 R +1 2,973 + 1 2,973 + 1 =0,7483 .x + 0.2139 2 . Phương trình ư ng n ng làm vi c c a o n chưng : R+ f f −1 2,973 + 8,586 8,586 − 1 y= .x + .xW = .x + .0,0011 R +1 R +1 2,973 + 1 2,973 + 1 = 2,9094 .x – 0.0022 F x 0,85 V i:f= = D = = 8,586 : ch s nh p li u . D x F .η 0,1.0,99 3 . S mâm lý thuy t : th xác nh s mâm lý thuy t :(Xem hình trang sau ). 15
  16. AMH Quá Trình và Thi t B GVHD : Vũ Bá Minh T th ,ta có : 29 mâm bao g m : 19 mâm c t 1 mâm nh p li u 5 mâm chưng(4 mâm chưng+1 n i un) Tóm l i ,s mâm lý thuy t là Nlt = 28 mâm . V . XÁC NH S MÂM TH C T : S mâm th c t tính theo hi u su t trung bình : N lt N tt = η tb trong ó: ηtb : hi u su t trung bình c a ĩa, là m t hàm s c a bay hơi tương i và nh t c a h n h p l ng : η = f(α,µ). Ntt : s mâm th c t . Nlt : s mâm lý thuy t. 16
  17. AMH Quá Trình và Thi t B GVHD : Vũ Bá Minh  Xác nh hi u su t trung bình c a tháp ηtb : + bay tương i c a c u t d bay hơi : y* 1 − x α= 1 − y* x V i : x :phân mol c a rư u trong pha l ng . y* : phân mol c a rư u trong pha hơi cân b ng v i pha l ng. * T i v trí nh p li u : xF = 0,10 ta tra th cân b ng c a h : y*F = 0,442 tF = 86,5 oC y* F 1 − x F 0,442 1 − 0,10 + αF = * = . = 7,129 1− y F xF 1 − 0,442 0,10 + T x F = 22,12% và tF = 86,5 oC ,tra tài li u tham kh o [4(t p 1) – trang 107] : mF =43.10-6.9,81 = 0,422.10-3 (N.s/m2) = 0,422 (cP) Suy ra : aF . mF = 7,129.0,422 =3,007 Tra tài li u tham kh o [4(t p 2) – trang 171] : hF = 0,395 * T i v trí mâm áy : xW = 0,0011 ta tra th cân b ng c a h : y*W = 0,018 tW = 100 oC y *W 1 − x W 0,018 1 − 0,0011 + αW = * = . = 16,177 1− y W xW 1 − 0,018 0,0011 46.xW +T xW = = 0,29% và tW = 100 oC ,tra tài li u tham kh o 46.xW + (1 − xW ).18 [4(t p 1) – trang 107] : mW =25.10-6.9,81= 0,245.10-3 (N.s/m2) = 0,245 (cP) Suy ra : aW . mW = 16,177.0,245 = 3,967 Tra tài li u tham kh o [4(t p 2) – trang 171] : hW = 0,365 *T i v trí mâm nh : xD = 0,85 ta tra th cân b ng c a h : y*D = 0,856 tD = 78,5 oC y* D 1 − x D 0,856 1 − 0,85 + αD = * = . = 1,049 1− y D xD 1 − 0,856 0,85 46.x D +T xD = = 93,5% và tD = 78,5 oC ,tra tài li u tham kh o 46.x D + (1 − x D ).18 [4(t p 1) – trang 107] : mD =51.10-6.9,81= 0,500.10-3 (N.s/m2) = 0,500 (cP) Suy ra : aD . mD = 1,049.0,500 = 0,525 Tra tài li u tham kh o [4(t p 2) – trang 171] : hD = 0,600 17
  18. AMH Quá Trình và Thi t B GVHD : Vũ Bá Minh Suy ra: hi u su t trung bình c a tháp : η + ηW + η D 0,395 + 0,365 + 0,600 htb = F = = 0,4567 3 3  S mâm th c t c a tháp Ntt : 28 N tt = =52,55 mâm 0,4567 V y ch n Ntt = 53 mâm , g m : 42 mâm c t 1 mâm nh p li u 10 mâm chưng 18
  19. AMH Quá Trình và Thi t B GVHD : Vũ Bá Minh CHƯƠNG III :TÍNH TOÁN –THI T K THÁP CHƯNG C T . I . Ư NG KÍNH THÁP :(Dt) 4Vtb g tb Dt = = 0,0188 (m) π.3600.ω tb ( ρ y .ω y ) tb Vtb :lư ng hơi trung bình i trong tháp (m3/h). ωtb :t c hơi trung bình i trong tháp (m/s). gtb : lư ng hơi trung bình i trong tháp (Kg/h). Lư ng hơi trung bình i trong o n chưng và o n c t khác nhau.Do ó, ư ng kính o n chưng và o n c t cũng khác nhau . 1. ư ng kính o n c t : a . Lư ng hơi trung bình i trong tháp : g d + g1 g tb = (Kg/h) 2 gd : lư ng hơi ra kh i ĩa trên cùng c a tháp (Kg/h). g1 : lư ng hơi i vào ĩa dư i cùng c a o n c t (Kg/h).  Xác nh gd : gd = D.(R+1) =5,600.(2,973+1) = 22,247 (Kmol/h) = 933,662(Kg/h) (Vì MthD =46.yD+(1-yD).18 = 41,968 Kg/Kmol).  Xác nh g1 : T h phương trình :  g1 = G1 + D   g1 . y1 = G1 .x1 + D.x D (III.1)  g .r = g .r  1 1 d d V i : G1 : lư ng l ng ĩa th nh t c a o n c t . r1 : n nhi t hoá hơi c a h n h p hơi i vào ĩa th nh t c a o n c t rd : n nhi t hoá hơi c a h n h p hơi i ra nh tháp . o * Tính r1 : t1 = tF = 86,5 C , tra tài li u tham kh o [4 (t p 1)] ta có : An nhi t hoá hơi c a nư c : rN1 = 41280 (KJ/kmol) . An nhi t hoá hơi c a rư u : rR1 = 37395 (KJ/kmol) . Suy ra : r1 = rR1.y1 + (1-y1).rN1 = 41280 – 3885.y1 (KJ/kmol) * Tính rd : tD = 78,5oC , tra tài li u tham kh o IV (t p 1) ta có : An nhi t hoá hơi c a nư c : rNd = 41628 (KJ/kmol) . An nhi t hoá hơi c a rư u : rRd = 37988 (KJ/kmol) . Suy ra : rd = rRd.yD + (1-yD).rNd =37988.0,856 + (1- 0,856).41628 = 38512,16 (KJ/kmol) * x1 = xF = 0,10 Gi i h (III.1) , ta ư c : G1 = 15,751 (Kmol/h) y1 = 0,297 (phân mol etanol) _ M1 =26,316 g1 = 21,351 (Kmol/h) = 561,873(Kg/h) 19
  20. AMH Quá Trình và Thi t B GVHD : Vũ Bá Minh 933,662 + 561,873 V y : gtb = = 747,758 (Kg/h) 2 b.T c hơi trung bình i trong tháp : T c gi i h n c a hơi i trong tháp v i mâm xuyên l có ng ch y chuy n : ρ ω gh = 0,05. xtb ρ ytb V i : rxtb : kh i lư ng riêng trung bình c a pha l ng (Kg/m3) . rytb : kh i lư ng riêng trung bình c a pha hơi (Kg/m3) .  Xác nh rytb : ρ ytb = [ ytb .46 + (1 − ytb ).18].273 22,4.(t tb + 273) y1 + y D 0,297 + 0,856 V i: + N ng phân mol trung bình : ytb = = =0,5765 2 2 t +t 86,5 + 78,5 + Nhi t trung bình o n c t : ttb = F D = =82,5oC 2 2 Suy ra : rytb =1,171 (Kg/m3).  Xác nh rxtb : xF + xD 0,10 + 0,85 N ng phân mol trung bình : xtb = = = 0,475 2 2 46.xtb Suy ra : xtb = =69,81% . 46.xtb + (1 − xtb ).18 ttb = 82,5oC , tra tài li u tham kh o [4 (t p 1)-trang 9], ta có : rxtb = 821,25 (Kg/m3) 821,25 Suy ra : ω gh = 0,05. =1,324 (m/s) 1,171 tránh t o b t ta ch n t c hơi trung bình i trong tháp : ω h = 0,8.ω gh = 0,8.1,324 = 1,060 (m/s) V y : ư ng kính o n c t : 747,758 Dc t = 0,0188. = 0,462 (m). 1,171.1,060 2. ư ng kính o n chưng : a . Lư ng hơi trung bình i trong tháp : g , n + g ,1 g , tb = (Kg/h) 2 g’n : lư ng hơi ra kh i o n chưng (Kg/h). g’1 : lư ng hơi i vào o n chưng (Kg/h).  Xác nh g’n : g’n = g1 = 561,873 (Kg/h)  Xác nh g’1 : T h phương trình : 20
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2