Luận văn tốt nghiệp: Chưng luyện để tách hỗn hộp các cấu tử trong công nghiệp

Chia sẻ: Nguyễn Văn Quân | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:85

Thêm vào BST

Báo xấu

326
lượt xem 145
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong công nghiệp việc phân tích các cấu tử từ hỗn hợp đầu là rất cần thiết nhằm mục đích hoàn thiện khai thác, chế biến...có rất nhiều phương pháp phân tích các cấu tử trong công nghiệp, trong đó chưng luyện là một trong những phương pháp hay được sử dụng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn tốt nghiệp: Chưng luyện để tách hỗn hộp các cấu tử trong công nghiệp

Luận văn tốt nghiệp Đề tài: Chưng luyện để tách hỗn hộp các cấu tử trong công nghiệp
môc lôc PhÇn më ®Çu 2 VÏ vµ thuyÕt minh d©y chuyÒn 2 TÝnh to¸n thiÕt bÞ chÝnh 6 I.TÝnh c©n b»ng vËt liÖu 6 II.§−êng kÝnh th¸p 8 III.Sè ®Üa thùc tÕ vµ chiÒu cao th¸p 14 IV. TÝnh to¸n c¬ khÝ 21 V. Trë lùc 36 C©n b»ng nhiÖt 41 I. ThiÕt bÞ gia nhiÖt hçn hîp ®Çu 41 II.Th¸p ch−ng luyªn 42 III. ThiÕt bÞ ng−ng tô 45 IV.ThiÕt bÞ lµm l¹nh 45 TÝnh vµ chän thiÕt bÞ phô 46 I. TÝnh vµ chon thiÕt bÞ gi nhiÖt 47 II.TÝnh b¬m 43 KÕt lô©n 62 Tµi liÖu tham kh¶o 63 Phô lôc 64 1 http://nuoc.com.vn
PhÇn më ®Çu Trong c«ng nghiÖp, viÖc ph©n t¸ch c¸c cÊu tö tõ hçn hîp ban ®Çu lµ rÊt cÇn thiÕt nh»m môc ®Ých hoµn thiÖn, khai th¸c, chÕ biÕn... Cã rÊt nhiÒu ph−¬ng ph¸p ph©n t¸ch c¸c cÊu tö trong c«ng nghiÖp, trong ®ã cã ph−¬ng ph¸p ch−ng luyÖn lµ mét trong nh÷ng ph−¬ng ph¸p hay ®−îc sö dông. Ch−ng lµ ph−¬ng ph¸p t¸ch c¸c cÊu tö tõ hçn hîp ban ®Çu dùa vµo ®é bay h¬i kh¸c nhau cña chóng trong hçn hîp. Hçn hîp nµy cã thÓ lµ chÊt láng hoÆc chÊt khÝ, th−êng khi ch−ng mét hçn hîp cã bao nhiªu cÊu tö ta sÏ thu ®−îc bÊy nhiªu s¶n phÈm. Víi hçn hîp cã hai cÊu tö ta sÏ thu ®−îc hai s¶n phÈm lµ s¶n phÈm ®Ønh gåm phÇn lín lµ cÊu tö dÔ bay h¬i vµ s¶n phÈm ®¸y chøa phÇn lín lµ cÊu tö khã bay h¬i. Trong thùc tÕ cã thÓ gÆp rÊt nhiÒu kiÓu ch−ng kh¸c nhau nh− : ch−ng b»ng h¬i n−íc trùc tiÕp, ch−ng ®¬n gi¶n, ch−ng luyÖn... Ch−ng luyÖn lµ ph−¬ng ph¸p ch−ng phæ biÕn nhÊt dïng ®Ó t¸ch hçn hîp c¸c cÊu tö dÔ bay h¬i cã tÝnh chÊt hoµ tan hoµn toµn hoÆc mét phÇn vµo nhau. vÏ vμ thuyÕt minh d©y chuyÒn s¶n xuÊt I. ThuyÕt minh d©y chuyÒn s¶n xuÊt : Hçn hîp ®Çu tõ thïng chøa 1 ®−îc b¬m 2 b¬m liªn tôc lªn thïng cao vÞ 3. Møc chÊt láng cao nhÊt ë thïng cao vÞ ®−îc khèng chÕ nhê èng ch¶y trµn. Tõ thïng cao vÞ, hçn hîp ®Çu (®−îc ®iÒu chØnh nhê van vµ l−u l−îng kÕ) qua thiÕt bÞ ®un nãng dung dÞch 4. T¹i ®©y, dung dÞch ®−îc gia nhiÖt b»ng h¬i n−íc b·o hoµ ®Õn nhiÖt ®é s«i. Sau ®ã, dung dÞch ®−îc ®−a vµo th¸p ch−ng luyÖn qua ®Üa tiÕp liÖu. Th¸p ch−ng luyÖn gåm hai phÇn : phÇn tõ ®Üa tiÕp liÖu trë lªn trªn lµ ®o¹n luyÖn, cßn tõ ®Üa tiÕp liÖu trë xuèng lµ ®o¹n ch−ng. Nh− vËy, ë trong th¸p, pha láng ®i tõ trªn xuèng tiÕp xóc víi pha h¬i ®i tõ d−íi lªn. H¬i bèc tõ ®Üa d−íi lªn qua c¸c lç ®Üa trªn vµ tiÕp xóc víi pha láng cña ®Üa trªn, ng−ng tô mét phÇn, v× thÕ nång ®é cÊu tö dÔ bay h¬i trong pha láng t¨ng dÇn theo chiÒu cao th¸p. V× nång ®é cÊu tö dÔ bay h¬i trong láng t¨ng nªn nång ®é cña nã trong h¬i do láng bèc lªn còng t¨ng. CÊu tö dÔ bay h¬i cã nhiÖt ®é s«i thÊp h¬n cÊu tö khã bay h¬i nªn khi nång ®é cña nã t¨ng th× nhiÖt ®é s«i cña dung dÞch gi¶m. Tãm l¹i, theo chiÒu cao th¸p nång ®é cÊu tö dÔ bay h¬i (c¶ pha láng vµ pha h¬i) t¨ng dÇn, nång ®é cÊu tö khã bay h¬i (c¶ pha láng vµ pha h¬i) gi¶m dÇn, vµ nhiÖt ®é gi¶m dÇn. Cuèi cïng, ë ®Ønh th¸p ta sÏ thu ®−îc hçn hîp h¬i cã thµnh phÇn hÇu hÕt lµ cÊu tö dÔ bay h¬i cßn ë ®¸y th¸p ta sÏ thu ®−îc hçn hîp láng cã thµnh phÇn cÊu tö khã bay h¬i chiÕm tû lÖ lín. §Ó duy tr× pha láng trong c¸c ®Üa trong ®o¹n luyÖn, ta bæ xung b»ng dßng håi l−u ®−îc ng−ng tô tõ h¬i ®Ønh th¸p. H¬i ®Ønh th¸p ®−îc ng−ng tô nhê thiÕt bÞ ng−ng tô hoµn toµn 6, dung dÞch láng thu ®−îc sau khi ng−ng tô mét phÇn ®−îc dÉn håi l−u trë l¹i ®Üa luyÖn trªn cïng ®Ó duy tr× pha láng trong c¸c ®Üa ®o¹n luyÖn, phÇn cßn l¹i ®−îc ®−a qua thiÕt bÞ lµm l¹nh 7 ®Ó ®i vµo bÓ chøa s¶n phÈm ®Ønh 8. ChÊt láng ë ®¸y th¸p ®−îc th¸o ra ë ®¸y th¸p, sau ®ã mét phÇn ®−îc ®un s«i b»ng thiÕt bÞ gia nhiÖt ®¸y th¸p 9 vµ håi l−u vÒ ®Üa ®¸y th¸p, phÇn chÊt láng cßn l¹i ®−a vµo bÓ chøa s¶n phÈm ®¸y 10. N−íc ng−ng cña c¸c thiÕt bÞ gia nhiÖt ®−îc th¸o qua thiÕt bÞ th¸o n−íc ng−ng 11. Nh− vËy, thiÕt bÞ lµm viÖc liªn tôc (hçn hîp ®Çu ®−a vµo liªn tôc vµ s¶n phÈm còng ®−îc lÊy ra liªn tôc). 2 http://nuoc.com.vn
II. S¬ ®å d©y chuyÒn : N−íc 6 3 N−íc l¹nh 5 7 H¬i ®èt N−íc N−íc l¹nh 4 11 9 11 H¬i ®èt N−íc ng−ng N−íc ng−ng 2 1 10 8 Chó thÝch : 1- Thïng chøa hçn hîp ®Çu 2- B¬m 3- Thïng cao vÞ 4- ThiÕt bÞ gia nhiÖt hçn hîp ®Çu 5- Th¸p ch−ng luyÖn 6- ThiÕt bÞ ng−ng tô håi l−u 7- ThiÕt bÞ lµm l¹nh s¶n phÈm ®Ønh 8- Thïng chøa s¶n phÈm ®Ønh 9- ThiÕt bÞ gia nhiÖt ®¸y th¸p 10- Thïng chøa s¶n phÈm ®¸y 11- ThiÕt bÞ th¸o n−íc ng−ng 3 http://nuoc.com.vn
tÝnh to¸n kü thuËt thiÕt bÞ chÝnh - Gi¶ thiÕt : - Sè mol pha h¬i ®i tõ d−íi lªn lµ b»ng nhau trong tÊt c¶ mäi tiÕt diÖn cña th¸p. - Sè mol chÊt láng kh«ng thay ®æi theo chiÒu cao ®o¹n ch−ng vµ ®o¹n luyÖn. - Hçn hîp ®Çu ®i vµo th¸p ë nhiÖt ®é s«i. - ChÊt láng ng−ng tô trong thiÕt bÞ ng−ng tô cã thµnh phÇn b»ng thµnh phÇn cña h¬i ®i ra ë ®Ønh th¸p. - CÊp nhiÖt ë ®¸y th¸p b»ng h¬i ®èt gi¸n tiÕp. - Yªu cÇu thiÕt bÞ : F : N¨ng suÊt thiÕt bÞ tÝnh theo l−îng hçn hîp ®Çu = 7500 = 2,083(kg/s). ThiÕt bÞ lµm viÖc ë ¸p suÊt th−êng, P = 1 at Th¸p lo¹i : Th¸p chãp - §iÒu kiÖn : a F : Nång ®é axeton trong hçn hîp ®Çu = 0,34% khèi l−îng. aP : Nång ®é axeton trong s¶n phÈm ®Ønh = 0,95% khèi l−îng. aW : Nång ®é axeton trong s¶n phÈm ®¸y = 0,03 % khèi l−îng. M1 : Khèi l−îng ph©n tö cña axeton = 58 kg/kmol. M2 : Khèi l−îng ph©n tö cña H2O =18 kg/kmol. I. TÝnh c©n b»ng vËt liÖu : 1/ TÝnh c©n b»ng vËt liÖu : Theo ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu cho toµn th¸p : 4 http://nuoc.com.vn
F=P+W Vµ ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu cho riªng cÊu tö dÔ bay h¬i (Etylic): F.a F = P.a P + W.a W ⇒ L−îng s¶n phÈm ®¸y lµ : F ( a P − a F ) 2,083 . (0,95 − 0,34 ) W = = = 0, (kg/s) a P − aW 0,95 − 0,03 ⇒ L−îng s¶n phÈm ®Ønh lµ : P = F – W = 06667 – 0,458 = 0,2087 (kg/s) TÝnh l−îng hçn hîp ®Çu F’, l−îng s¶n phÈm ®Ønh P’, l−îng s¶n phÈm ®¸y W’ theo kmol/s : ⎛a 1 − aF ⎞ ⎛ 0,30 0,7 ⎞ F'= ⎜ F + ⎜M ⎟.F = ⎜ ⎟ + ⎟.0,6667 = 0,0302 (kmol / s ) ⎝ 1 M2 ⎠ ⎝ 46 18 ⎠ ⎛a 1 − aP ⎞ ⎛ 0,95 0,05 ⎞ P' = ⎜ P + ⎜M ⎟.P = ⎜ ⎟ + −3 ⎟.0,2087 = 4,889.10 (kmol / s ) ⎝ 1 M2 ⎠ ⎝ 46 18 ⎠ W ' = F '− P' = 0,0302 − 4,889.10 −3 = 0,0253 (kmol / s ) 2/ TÝnh chØ sè håi l−u thÝch hîp, sè ®Üa lý thuyÕt : §æi nång ®é tõ phÇn khèi l−îng sang phÇn mol : aF / M 1 30 / 46 xF = = = 0,14360 a F / M 1 + (100 − a F ) / M 2 30 / 46 + 70 / 18 aP / M 1 95 / 46 xP = = = 0,8814 a P / M 1 + (100 − a P ) / M 2 95 / 46 + 5 / 18 aW / M 1 0,4 / 46 xW = = = 1,569.10 −3 aW / M 1 + (100 − aW ) / M 2 0,4 / 46 + 98 / 18 Dùa vµo ®−êng c©n b»ng láng-h¬i (néi suy), ta cã : yF = 0,278092 * 5 http://nuoc.com.vn
a/ ChØ sè håi l−u tèi thiÓu : xP − y F 0,8814 − 0,278092 * Rmin = * = = 4,4584 y F − xF 0,278092 − 0,1436 b/ ChØ sè håi l−u thÝch hîp : Cho R biÕn thiªn (R >Rmin), víi mçi gi¸ trÞ cña R ta x¸c ®Þnh ®−îc sè ®Üa lý thuyÕt t−¬ng øng : β 1,2 1,25 1,5 1,75 2,0 2,25 2,5 R 5,3832 5,6075 6,729 7,8505 8,972 10,0935 11,215 N 28 27 23 22 21 20 19 N(R+1) 178,7296 178,4025 177,764 194,711 209,412 221,87 232,685 R HÖ sè hiÖu chØnh : β= R min Tõ b¶ng sè liÖu, ta x©y dùng ®å thÞ biÓu diÔn mèi quan hÖ R – N(R+1). Dùa vµo ®å thÞ , ta x¸c ®Þnh ®−îc Rth = 6,729 c/ Ph−¬ng tr×nh ®−êng nång ®é lµm viÖc : - §−êng nång ®é lµm viÖc ®o¹n ch−ng : L−îng hçn hîp ®Çu tÝnh theo 1 kmol s¶n phÈm ®Ønh : F' 0,302 f = = = 6,1771 P ' 4,889.10 −3 6 http://nuoc.com.vn
Ph−¬ng tr×nh : R+ f f −1 6,729 + 6,1771 6,1771 − 1 y= x− xW = x− .0,001569 R +1 R +1 6,729 + 1 6,729 + 1 ⇒ y = 1,6698 x − 0,001051 - §−êng nång ®é lµm viÖc ®o¹n luyÖn : Ph−¬ng tr×nh : R x 6,729 0,8814 y= x+ P = x+ R +1 R + 1 6,729 + 1 6,729 + 1 ⇒ y = 0,8706 x + 0,114 d/ Sè ®Üa lý thuyÕt : Víi Rth = 6,729 dùa vµo ®−êng c©n b»ng vµ ®−êng lµm viÖc, ta x¸c ®Þnh ®−îc sè ®Üa lý thuyÕt. NLT =23 Trong ®ã : sè ®Üa ®o¹n ch−ng :2 sè ®Üa ®o¹n luyÖn : 21 II. §−êng kÝnh cña th¸p : 1/ L−u l−îng trung b×nh c¸c dßng pha ®i trong th¸p : a/ Trong ®o¹n luyÖn : Sè liÖu : GP : L−îng s¶n phÈm ®Ønh (P’) = 4,889.10-3 (kmol/s). R : HÖ sè håi l−u thÝch hîp = 6,729 GR : L−îng håi l−u = GP . R (kmol/s) ♦ L−îng h¬i ra khái ®Ønh th¸p g® : g® = GR + GP = GP . (R + 1) = 4,889.10-3 . (6,729+ 1) = 0,0952 (kmol/h) 7 http://nuoc.com.vn
♦ L−îng h¬i ®i vµo ®o¹n luyÖn g1 , nång ®é h¬i y1 , l−îng láng G1 ®èi víi ®Üa thø nhÊt cña ®o¹n luyÖn, nång ®é láng x1 : Coi x1 = xF = 0,1740 Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu : g1 = G1 + GP (1) Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu víi cÊu tö dÔ bay h¬i (etylic) : g1 y1 = G1 x1 + GP xP (2) Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt l−îng : g1 r1 = g® r® (3) r1 : Èn nhiÖt hãa h¬i cña hçn hîp h¬i ®i vµo ®Üa luyÖn thø nhÊt (kcal/kmol) r® : Èn nhiÖt ho¸ h¬i cña hçn hîp h¬i ®i ra khái ®Ønh th¸p (kcal/kmol) Gäi : rA : Èn nhiÖt hãa h¬i cña Etylic rB : Èn nhiÖt ho¸ h¬i cña H2O. Tõ ®å thÞ (t,x,y) ta cã : - NhiÖt ®é s«i cña hçn hîp ®Ønh (x = xP = 0,8814): tP = 78,12720C Néi suy theo b¶ng r – to (I-301) víi to = 78,1272°C : ⎧r = 198 (kcal/kg) = 198.M A (kcal/kmol) = 9108 (kcal/kmol) ⇒⎨A ⎩rB = 508 (kcal/kg) = 508.M B (kcal/kmol) = 9126 (kcal/kmol) ⇒ r® = rA . y® + rB (1 - y®) = 9108 . 0,8814 + 9126 .(1- 0,8814) = 9110,1348 (kcal/kmol) - NhiÖt ®é s«i cña hçn hîp ®Çu (x = xF = 0,1436): tF = 84,6028°C Néi suy theo b¶ng r – to (I-301) víi to = 84,6028°C : ⎧rA = 193 (kcal/kg) = 193.M A (kcal/kmol) = 8878 (kcal/kmol) ⇒⎨ ⇒ rl = ⎩rB = 446 (kcal/kg) = 446.M B (kcal/kmol) = 8028 (kcal/kmol) rA . yl + rB (1 – yl) = 8878 . yl 8028 . (1 – yl) Thay rl vµo (3) vµ gi¶i hÖ 3 ph−¬ng tr×nh trªn (Èn yl, gl, Gl), ta ®−îc : 8 http://nuoc.com.vn
⎧G1 = 0,1011 (kmol/s) ⎪ ⇒ ⎨ g1 = 0,106 (kmol/s) ⎪ y = 0,1776 ⎩ 1 ⇒ L−îng h¬i trung b×nh ®i trong ®o¹n luyÖn : g d + g1 0,0952 + 0,106 g tbL = = = 0,1006 (kmol/s) 2 2 ⇒ L−îng láng trung b×nh ®i trong ®o¹n luyÖn : GR + G1 (6,729 + 1).4,889.10 −3 + 0,1011 GtbL = = = 0,0956 (kmol/s) 2 2 b/ Trong ®o¹n ch−ng : Sè liÖu : GW : L−îng s¶n phÈm ®¸y (W’) = 0,0253 (kmol/s) , , ' ♦ L−îng h¬i ®i vµo ®o¹n ch−ng g1 , nång ®é h¬i y 1 , l−îng láng G1 ®èi víi ®Üa thø nhÊt , cña ®o¹n ch−ng, nång ®é láng x 1 , l−îng h¬i ra khái ®o¹n ch−ng chÝnh lµ l−îng h¬i ®i vµo ®o¹n luyÖn g1 : Ta cã y1 = y W lµ nång ®é c©n b»ng øng víi xW , néi suy theo b¶ng sè liÖu ®−êng , * c©n b»ng (II-145) : ⇒ y1 = yW = 0,001856 , * Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu : G1 = g1 + G W ' ' (1’) Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu víi cÊu tö dÔ bay h¬i (etylic) : G1x1 = g1y1 + G W x W ' ' ' ' (2’) Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt l−îng : g1r1' = g1r1 ' (3’) rl : Èn nhiÖt hãa h¬i cña hçn hîp h¬i ra khái ®o¹n ch−ng. 9 http://nuoc.com.vn
⇒ rl = rA . yl + rB (1 – yl) = 8878 . 0,1776 + 8028 . (1 – 0,1776) = 8660,64 (kcal/kmol) r1’: Èn nhiÖt ho¸ h¬i cña hçn hîp h¬i ®i vµo ®Üa ch−ng thø nhÊt. Tõ b¶ng sè liÖu x – to s«i dd (II-145), néi suy ta cã: NhiÖt ®é s«i hçn hîp ®¸y (x = xW = 0,001569): tW = 99,6007°C Néi suy theo b¶ng r – to (I-301) víi to = 99,6007°C : ⎧rA = 191 (kcal/kg) = 191.M A (kcal/kmol) = 8786 (kcal/kmol) ⇒⎨ ⎩rB = 503 (kcal/kg) = 503.M B (kcal/kmol) = 9054 (kcal/kmol) ⇒ Èn nhiÖt hãa h¬i cña hçn hîp h¬i ®i vµo ®Üa ch−ng thø nhÊt : rl’ = rA . yl’ + rB (1 – yl’) = 8786.0,001569 + 9054 . (1 – 0,001569) = 9050,596 (kcal/kmol) r1 8660,64 (3' ) ⇒ g1' = g1 = 0,106. = 0,1014(kmol/s) r1' 9050,596 (1' ) ⇒ G1' = g1' + GW = 0,1014 + 0,0253 = 0,1267 (kmol/s) ⇒ L−îng h¬i trung b×nh ®i trong ®o¹n ch−ng : g1 + g1' 0,106 + 0,1014 g tbC = = = 0,1037 (kmol/s) 2 2 ⇒ L−îng láng trung b×nh ®i trong ®o¹n ch−ng : (G1 + GF ) + G1' (0,1011 + 0,0301) + 0,1267 GtbC = = = 0,129(kmol/s) 2 2 2/ VËn tèc h¬i ®i trong th¸p : Tèc ®é khÝ ®i trong th¸p chãp x¸c ®Þnh theo: ( ρ Y . ωY )tb=0,065. ϕ . [σ ] . h.ρ xtb .ρ ytb (Kg/m2.s) [II.184] ρ xtb : Khèi l−îng riªng trung b×nh pha láng (kg/ m3) 10 http://nuoc.com.vn
ρ ytb : Khèi l−îng riªng trung b×nh pha h¬i (kg/ m3) h : Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c ®Üa (m) a/ Khèi l−îng riªng trung b×nh pha láng : 1 a 1 − a tb1 = tb1 + ρ xtb ρ xtb1 ρ xtb 2 [II.184] Trong ®ã : ρ xtb : Khèi l−îng riªng trung b×nh pha láng (kg/ m3) ρ xtb1 : Khèi l−îng riªng trung b×nh cÊu tö 1 (kg/ m3) ρxtb2 : Khèi l−îng riªng trung b×nh cÊu tö 2 (kg/ m3) a tb1 : Nång ®é khèi l−îng trung b×nh cÊu tö 1 (kg/ kg) - §o¹n luyÖn : Nång ®é trung b×nh pha láng ®o¹n luyÖn : x F + x P 0,1436 + 0,8814 xtbL = = = 0,5125 2 2 Néi suy víi xtbL theo b¶ng sè liÖu nång ®é – to s«i dung dÞch (II-145) : ⇒ NhiÖt ®é trung b×nh ®o¹n luyÖn : ttbL = 79,9144°C ⇒ Khèi l−îng riªng cña Etylic vµ N−íc theo t = ttbL : ρxL1 = 737,5 (kg/m3) ρxL2 = 974,8376 (kg/m3) [I.7] ⇒ Nång ®é khèi l−îng trung b×nh cña Etylic ®o¹n luyÖn : a F + a P 0,30 + 0,95 atbL = = = 0,625 2 2 −1 −1 ⎛a 1 − atbL ⎞ ⎛ 0,625 1 − 0,625 ⎞ ⇒ ρ xL = ⎜ tbL + ⎜ρ ⎟ ⎟ =⎜ + ⎟ = 811,598 (kg/m3) ⎝ xL1 ρ xL 2 ⎠ ⎝ 737,5 974,8376 ⎠ - §o¹n ch−ng : 11 http://nuoc.com.vn
Nång ®é trung b×nh pha láng ®o¹n ch−ng : xW + x F 0,001569 + 0,1436 xtbC = = = 0,0725 2 2 Néi suy víi xtbC theo b¶ng sè liÖu nång ®é – to s«i dung dÞch (II-145) : ⇒ NhiÖt ®é trung b×nh ®o¹n ch−ng : ttbC = 88,344°C ⇒ Khèi l−îng riªng cña Etylic vµ N−íc theo t = ttbC : ρ xC 1 = 727 (kg/m3) ρ xC 2 = 967 ,5537 (kg/m3) [ I.10] ⇒ Nång ®é khèi l−îng trung b×nh cña Etylic ®o¹n luyÖn : aW + a F 0,004 + 0,30 atbC = = = 0,17 2 2 −1 −1 ⎛a 1 − atbC ⎞ ⎛ 0,17 1 − 0,17 ⎞ ⇒ ρ xC = ⎜ tbC + ⎜ρ ⎟ ⎟ =⎜ + ⎟ = 916,0267 (kg/m3) ⎝ xC1 ρ xC 2 ⎠ ⎝ 727 967,5537 ⎠ b/ Khèi l−îng riªng trung b×nh pha h¬i : - §o¹n luyÖn : Nång ®é pha h¬i ®Çu ®o¹n luyÖn lµ : y®L = y1 = 0,1776 Nång ®é pha h¬i cuèi ®o¹n luyÖn lµ : ycL = yP = xP = 0,8814 ⇒ Nång ®é trung b×nh pha h¬i ®o¹n luyÖn : ydL + ycL 0,1776 + 0,8814 ytbL = = = 0,5295 2 2 ⇒ Khèi l−îng mol trung b×nh h¬i ®o¹n luyÖn : M yL = ytbL.M1+(1- ytbL).M2 = 0,5295 . 46 + (1- 0,5295).18 = 32,826 (kg/kmol) → Khèi l−îng riªng trung b×nh pha h¬i ®o¹n luyÖn : M yL . TO 32,826 . 273 ρ yL = = = 1,1796 (kg/m3) 22,4.(TO + t tbL ) 22,4.( 273 + 79,9144) - §o¹n ch−ng : 12 http://nuoc.com.vn
Nång ®é pha h¬i ®Çu ®o¹n ch−ng lµ : y dC = y1 = 0,01856 ' Nång ®é pha h¬i cuèi ®o¹n ch−ng lµ : ycC = y1 = 0,1776 ⇒ Nång ®é trung b×nh pha h¬i ®o¹n luyÖn : ydC + ycC 0,01856 + 0,1776 ytbC = = = 0,09808 2 2 → Khèi l−îng mol trung b×nh h¬i ®o¹n ch−ng : M yC = ytbC.M1+(1-ytbC).M2 = 0,09808.46+(1– 0,09808).18 =45,4624 (kg/kmol) → Khèi l−îng riªng trung b×nh pha h¬i ®o¹n ch−ng : M yC . TO 45,4624 . 273 ρ yC = = = 1,5333 (kg/m3) 22,4.(TO + ttbC ) 22,4.(273 + 88,344) Søc c¨ng bÒ mÆt tÝnh theo c«ng thøc: 1 1 1 = + [I.360] σ hh σ1 σ2 dyn Søc c¨ng bÒ mÆt cña N−íc: σ 2 = 62,933.10-3 (N/m) = 62,933 [I.361] cm dyn Søc c¨ng bÒ mÆt cña Etylic: σ 1 = 17,88.10-3(N/m) = 17,88 cm 1 1 1 1 dyn dyn σ hh = ( + )-1 = ( + )-1 = 13,924 < 20 σ1 σ2 17,88 62,933 cm cm VËy hÖ sè tÝnh ®Õn søc c¨ng bÒ mÆt ϕ .[σ ] = 0,8 Chän h = 0,45 (m) Tèc ®é khÝ cña h¬i ®o¹n luyÖn: (ρ y .ω y ) tbl = 0,065. ϕ . [σ ] . h.ρ xtbl .ρ ytbl (Kg/m2.s) Thay sè: (ρ y .ω y ) tbl = 0,065.0,8. 0,45.811,598.1,1336 = 1,3235(Kg/m2.s) Tèc ®é khÝ cña h¬i ®o¹n ch−ng: (ρ y .ω y ) tbc = 0,065. ϕ . [σ ] . h.ρ xtbc .ρ ytbc (Kg/m2.s) Thay sè: (ρ y .ω y ) tbc = 0,065.0,8. 0,45.916,0267.1,5333 = 1,6341(Kg/m2.s) 13 http://nuoc.com.vn
3/ §−êng kÝnh th¸p : g tb D = 0,0188 (ρ y wy )tb (m) [II.181] Trong ®ã : gtb : L−îng h¬i trung b×nh ®i trong th¸p (kg/h) - §o¹n luyÖn : Khèi l−îng mol trung b×nh pha h¬i : M yL = 32,826 (kg/kmol) L−u l−îng h¬i trung b×nh : gtbL = 0,1006 (kmol/s) ⇒ g tb = g tbL . M yL = 32,826.0,1006.3600 = 11888,2641 (kg/h) - §o¹n ch−ng : Khèi l−îng mol trung b×nh pha h¬i : M yC = 45,4624 (kg/kmol) L−u l−îng h¬i trung b×nh : gtbC = 0,1037 (kmol/s) ⇒ g tb = g tbC . M yC = 45,4624.0,1037.3600 = 16972,0231 (kg/h) w y : VËn tèc h¬i trung b×nh ®i trong th¸p (m/s) ρ y : Khèi l−îng riªng trung b×nh cña h¬i ®i trong th¸p (kg/m3) ⇒ §−êng kÝnh ®o¹n luyÖn : g tb 11888,2641 DL = 0,0188 = 0,0188 = 1,78 (m) ρ yL wL 1,3225 ⇒ §−êng kÝnh ®o¹n ch−ng : g tb 16972,0231 DC = 0,0188 = 0,0188 = 1,9 (m) ρ yC wC 1,6341 14 http://nuoc.com.vn
V× ®−êng kÝnh hai ®o¹n ch−ng vµ luyÖn sai kh¸c nhau kh«ng ®¸ng kÓ, chuÈn hãa ta chän ®−êng kÝnh cho c¶ th¸p : D = 2 (m) III. Sè ®Üa thùc tÕ vμ chiÒu cao th¸p : 1/ HÖ sè khuÕch t¸n : a/ HÖ sè khuÕch t¸n trong pha láng: ♦ HÖ sè khuÕch t¸n trong pha láng ë 20oC: 1 1 1.10-6 . + MA MB D 20 = x (m2/s) [SCS.t12] AB μ B .( v1 / 3 + v1 / 3 )2 A B Trong ®ã : A,B : HÖ sè liªn hîp cña chÊt tan vµ dung m«i : A= 2; B= 4,7 MA, MB : Khèi l−îng mol cña Etylic vµ n−íc (kg/kmol) MA = 46(kg/kmol) ; MB = 18 (kg/kmol) μB : §é nhít cña dung m«i ë 20oC (cP) : μH 2 0, 20 0 C = 1 (cP) vA, vB : ThÓ tÝch mol cña Etylic vµ N−íc (cm3/mol) vA = 2.14,8 + 6.3,7 + 1.7,4 =59,2 (cm3/mol) vB = 2.4,7 + 7,4 = 14,8 (cm3/mol) 1 1 1.10-6 . + ⇒ Dx = 20 46 18 = 2,0376.10 −10 (m2/s) 2.4,7. 1 .(59,2 + 14,8 ) 1/ 3 1/ 3 2 ♦ HÖ sè khuÕch t¸n ë nhiÖt ®é x¸c ®Þnh t: D tx = D 20 [1 + b( t − 20)] x [SCS.t12] 0,2 μ HÖ sè nhiÖt ®é : b= 3 ρ 15 http://nuoc.com.vn
μ : §é nhít cña dung m«i ë 20oC (cP) : μH 2 O, 20 0 C = 1 (cP) ρ : Khèi l−îng riªng cña dung m«i ë 20oC (kg/m3) μH 2 O, 20 0 C = 1000 (kg/m3) 0,2 1 ⇒b= 3 = 0,02 1000 ⇒ HÖ sè khuÕch t¸n trong pha láng ®o¹n ch−ng : t = ttbC = 88,344°C DxC = 2,0376 .10 −10 [1 + 0,02(88,344 − 20)] = 4,822.10 −10 (m2/s) ⇒ HÖ sè khuÕch t¸n trong pha láng ®o¹n luyÖn : t = ttbL = 79,9144°C DxL = 2,0376.10 −10 [1 + 0,02(79,9144 − 20)] = 4,479.10 −10 (m2/s) b/ HÖ sè khuÕch t¸n trong pha h¬i: HÖ sè khuÕch t¸n cña khÝ trong khÝ 0,0043.10 −4. T 1,5 1 1 Dy = + 2 p .( v1 / 3 + v1 / 3 )2 A B M A M B (m /s) Trong ®ã : MA, MB : Khèi l−îng mol cña Etylic vµ N−íc (kg/kmol) MA = 46 (kg/kmol) MB = 18 (kg/kmol) vA, vB : ThÓ tÝch mol cña Etylic vµ N−íc (cm3/mol) vA = 59,2 (cm3/mol) vB = 14,8 (cm3/mol) P : ¸p suÊt tuyÖt ®èi cña hçn hîp : P = P0 = 1 (atm) T : NhiÖt ®é tuyÖt ®èi cña hçn hîp : T = 273 + t (oK) ⇒ HÖ sè khuÕch t¸n trong pha h¬i ®o¹n ch−ng : t = ttbC = 88,344°C 0,0043.10 −4.(273 + 88,344)1,5 1 1 D yC = + = 2,0348.10 −5 (m2/s) 1.(59,21/ 3 + 14,81/ 3 ) 2 46 18 ⇒ HÖ sè khuÕch t¸n trong pha h¬i ®o¹n luyÖn : t = ttbL = 79,9144°C 16 http://nuoc.com.vn
0,0043.10 −4.(273 + 79,9144)1,5 1 1 D yL = + = 1,964.10 −5 (m2/s) 1.(59,21/ 3 + 181 / 3 ) 2 46 18 2/ HÖ sè cÊp khèi : a/ §é nhít cña hçn hîp h¬i : −1 ⎛ y.M1 (1 − y).M 2 ⎞ μ hh = M hh .⎜ ⎜ μ + ⎟ ⎟ ⎝ 1 μ2 ⎠ [I.94] Trong ®ã : y : Nång ®é Etylic trong pha h¬i : - §o¹n ch−ng : y = ytbC = 0,9808 - §o¹n luyÖn : y = ytbL = 0,5259 Mhh : Träng l−îng ph©n tö cña hçn hîp khÝ : - §o¹n ch−ng : M hh = M yC = 45,4624 (kg/kmol) - §o¹n luyÖn : M hh = M yL = 32,826 (kg/kmol) M1, M2 : Träng l−îng ph©n tö cña Etylic vµ N−íc : M1 = 46 (kg/kmol) M2 = 18 (kg/kmol) μ1, μ2 : §é nhít cña Etylic vµ N−íc : - §o¹n ch−ng : t = ttbC = 88,324°C theo b¶ng 1.102 – I.134: μ1 = 0,0117.10-3(Ns/m2) μ2 = 0,3226.10-3(Ns/m2) - §o¹n luyÖn : t = ttbL = 79,9144°C theo b¶ng (I-134): μ1 = 0,011310-3 (Ns/m2) μ2 = 0,3569.10-3 (Ns/m2) ⇒ §é nhít hçn hîp h¬i ®o¹n ch−ng lµ : −1 ⎛ 0,9808.46 (1 − 0,9808).18 ⎞ μ hh = 45,4624.⎜ −3 + −3 ⎟ = 1,1786.10 −5 (Ns/m2) ⎝ 0,0117.10 0,3226.10 ⎠ ⇒ §é nhít hçn hîp h¬i ®o¹n luyÖn lµ : 17 http://nuoc.com.vn
−1 ⎛ 0,5295.46 (1 − 0,5295).18 ⎞ μ hh = 32,826.⎜ −3 + −3 ⎟ = 1,5063.10 −5 (Ns/m2) ⎝ 0,0113.10 0,3569.10 ⎠ b/ §é nhít cña hçn hîp láng : lg μhh = x. lg μ1 + (1 − x). lg μ2 [I.93] Trong ®ã : x : Nång ®é phÇn mol cña Etylic trong hçn hîp : - §o¹n ch−ng : x = xtbC = 0,0725 - §o¹n luyÖn : x = xtbL = 0,5125 μ1, μ2 : §é nhít ®éng lùc cña Etylic vµ N−íc : - §o¹n ch−ng : t = ttbC = 88,344°C theo b¶ng vµ to¸n ®å (I-102): μ1 = 0,37 (cP) μ2 = 0,295 (cP) - §o¹n luyÖn : t = ttbL = 79,9144°C theo b¶ng vµ to¸n ®å (I-102): μ1 = 0,435 (cP) μ2 = 0,34 (cP) ⇒ §é nhít hçn hîp láng ®o¹n ch−ng : lg(μhh) = 0,0725 . lg(0,365.10-3) + (1- 0,091) . lg(0,298.10-3) = - 3,523 μhh = 2,9988 . 10-4 (Ns/m2) ⇒ §é nhít hçn hîp láng ®o¹n luyÖn : lg(μhh) = 0,5125 . lg(0,435.10-3) + (1- 0,5125) . lg(0,34.10-3) = - 3,4136 μhh = 3,856 . 10-4 (Ns/m2) c/ ChuÈn sè Reynolt ®èi víi pha h¬i : w y . h .ρ y Re y = [II.164] μy Trong ®ã : 18 http://nuoc.com.vn
w y : Tèc ®é h¬i tÝnh cho mÆt c¾t tù do cña th¸p (m/s) - §o¹n ch−ng : w y = w C = 1,0168 (m/s) - §o¹n luyÖn : w y = w L = 1,1698 (m/s) h : KÝch th−íc dµi, chÊp nhËn b»ng 1m ρ y : Khèi l−îng riªng trung b×nh cña h¬i (kg/m3) - §o¹n ch−ng : ρ y = ρ yC = 1,5333 ( kg / m 3 ) - §o¹n luyÖn : ρ y = ρ yL = 1,1336 ( kg / m 3 ) μ y : §é nhít trung b×nh cña h¬i (Ns/m2) ⇒ ChuÈn sè Reynolt ®èi víi pha h¬i ®o¹n ch−ng lµ : 1,6341 Re y = −5 = 1,3864.10 5 1,1786.10 ⇒ ChuÈn sè Reynolt ®èi víi pha h¬i ®o¹n luyÖn lµ : 1,3225 Re y = −5 = 0,8779.105 1,5036.10 d/ ChuÈn sè Prand ®èi víi pha láng : μx Prx = ρ x .D x [II.165] Trong ®ã : ρ x : Khèi l−îng riªng trung b×nh cña láng (kg/m3) - §o¹n ch−ng : ρx = ρxC = 916,0267 (kg/m3) - §o¹n luyÖn : ρx = ρxL = 811,598 (kg/m3) Dx : HÖ sè khuÕch t¸n trung b×nh trong pha láng (m2/s) 19 http://nuoc.com.vn