Nguyễn Văn Nguyện líp CNSH_B_K43 Tính toán thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục hỗn hợp hai cấu tử cacbondisunfua & cacbontetraclorua trong tháp đệm Mục lục            ế ế ệ ố ư ệ ụ ỗ ợ ấ ử  đệ    ụ ụ    ờ đầ   !"  ươ ộ đồ # $ %  &'ả ệ ườ (  !!ươ ) III.1. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT CHO THÁP CHƯNG LUYỆN 8 III.2. TÍNH CHỈ SỐ HỒI LƯU THÍCH HỢP 10 III.3. TÍNH LƯU LƯỢNG CÁC DÒNG PHA ĐI TRONG THÁP 20 III.3.1.Tính cho đoạn luyện 20 III.3.2.Tính cho đoạn chưng 22  !*+   +   ươ ậ ố ơ à đườ ủ ,( IV.1.TÍNH VẬN TỐC HƠI CỦA THÁP 25 IV.2. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP 29  * ươ ề - V.1. TÍNH SỐ ĐƠN VỊ CHUYỂN KHỐI: 31 V.2. TÍNH CHIỀU CAO ĐỆM CHO ĐOẠN LUYỆN: 33 V.3. TÍNH CHIỀU CAO ĐỆM CHO ĐOẠN CHƯNG: 36  *!   ươ ở ự ủ #- VI.1.TÍNH TRỞ LỰC CỦA ĐOẠN LUYỆN: 40 VI.2.TÍNH TRỞ LỰC CỦA ĐOẠN CHƯNG: 41  *!!.   ươ ằ ệ ượ #,    ủ ư ệ #, VII.1. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CỦA THIẾT BỊ ĐUN NÓNG HỖN HỢP ĐẦU 42 VII.2. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CỦA THÁP CHƯNG LUYỆN: 44 VII.3. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CỦA THIẾT BỊ NGƯNG TỤ 46 VII.4. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CỦA THIẾT BỊ LÀM LẠNH 47  *!!! ươ ơ #) VIII.1.TÍNH CHIỀU DẦY THÂN THÁP 48 VIII.2. TÍNH CÁC ĐƯỜNG KÍNH ỐNG DẪN: 50 VIII.2.1. Đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh: 51 VIII.2.2. Đường kính ống dẫn nguyên liệu đầu: 51 VIII.2.3. Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy: 52 VIII.2.4. Đường kính ống dẫn lượng lỏng hồi lưu sản phẩm đỉnh: 53 VIII.2.5. Đường kính ống dẫn lượng hơi hồi lưu ở đáy tháp: 54 VIII.3. Tính đáy và nắp thiết bị: 55 VIII.3.1. Tính chiều dày nắp đỉnh: 55 VIII.3.2. Tính chiều dày đáy tháp: 56 VIII.4. TÍNH TOÁN VÀ CHỌN MỘT SỐ BỘ PHẬN KHÁC: 57 VIII.4.1. Chọn mặt bích nối: 57 Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 1 - Đồ án môn học VII.4.2. Tính lưới đỡ đệm và đĩa phân phối chất lỏng: 58 VII.4.2.1. Tính đĩa phân phối chất lỏng: 58 VII.4.2.2. Tính lưới đỡ đệm: 59 VII.4.3. Tính chọn tai treo cho tháp: 61  !/  ươ ế ị ụ0 IX.1.TÍNH THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐẦU 63 IX.1.1.Yêu cầu của thiết bị: 63 IX.1.2.Chọn thiết bị: 63 IX.1.3. Tính bề mặt truyền nhiệt: 69 IX.2.TÍNH CHỌN BƠM. 70 IX.2.1. Xác định chiều cao thùng cao vị: 70 IX.2.1.1. Trở lực đoạn ống dẫn từ thùng cao vị đến thiết bị trao đổi nhiệt 71 IX.2.1.2. Trở lực đoạn ống dẫn từ thiết bị đun sôi vào tháp ở dĩâ tiếp liệu 72 IX.2.1.3. Trở lực của thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu 73 IX.2.1.4. Trở lực của tháp được xác định ở phần cơ khí 75 X.2.1.5.Tính chiều cao thùng cao vị 75 IX.2.2. Xác định trở lực đường ống từ thùng chứa dung dịch đầu tới thùng cao vị: 75 Chọn vận tốc lưu thể là 2m/s. Khi đó: 76 IX.2.3. Áp suất toàn phần do bơm tạo ra 77 1  ế ậ 23    à ệ ả )- Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 2 - Nguyễn Văn Nguyện líp CNSH_B_K43 lời nói đầu Trong công nghiệp việc tách và tinh chế các chất từ các hỗn hợp hay tạp chất là rất cần thiết. Để tách hai hay nhiều chất lỏng tan lẫn vào nhau thì người ta hay sử dụng phương pháp chưng luyện. Chưng luyện là phương pháp tách các cấu thành riêng biệt tử từ hỗn hợp ban đầu dựa vào độ bay hơi khác nhau của chúng trong hỗn hợp. Chưng luyện là quá trình tiến hành đa số trường hợp trong tháp có các dòng pha chuyển động ngược chiều nhau. Trong đó phải có các chi tiết đảm báọ tiếp xúc pha tốt nhất (các viên đệm, các loại đĩa, v.v.). phương pháp tính toán và thiết kế một hệ thống chưng luyện liên tục và hấp thụ có nhiều điểm giống nhau. Tuy nhiên các quá trình chưng luyện có một số điểm đặc biệt như tỷ số dòng hơi và dòng lỏng đi trong các đoạn trưng và đoạn luyện khác nhau, hệ số phân bố thay đổi dọc theo chiều cao tháp, quá trình chuyển khối diễn ra đồng thời với quá trình truyền nhiệt,v.v. những đặc điểm này làm phức tạp thêm quá trình tính toán và thiết kế. Ngoài ra, khi tính toán, thiết kế một hệ thống chưng luyện, hấp thụ còn gặp thêm khó khăn lớn khác là thiếu công thức chung dùng cho việc tính toán hệ số động học của quá trình; đặc biệt khi tính toán các tháp công nghiệp loại đĩa và đệm có đường kính lớn hơn 800m. Điều này thường được khắc phục bằng cách dựa vào những số liệu khi nghiên cứu các quy luật động học của quá trình hấp thụ. Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 3 - Đồ án môn học Chương I.Nội dung đồ án Tính toán thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục hỗn hợp hai cấu tử cacbondisunfua & cacbontetraclorua trong tháp đệm. Với: Năng suất: F = 3,5 Kg/s Nồng độ đầu của dung dịch: a F = 21% Khối lượng Nồng độ đỉnh tháp: a P = 92% Khối lượng Nồng độ đáy tháp: a W = 0,5% Khối lượng Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 4 - Nguyễn Văn Nguyện líp CNSH_B_K43 Bảng kê các ký hiệu thường dùng trong tÝnh toán F: lượng lỏng hỗn hợp đầu, kg/s, kg/h, hoặc kmol/h P: lượng sản phẩm đỉnh, kg/s, kg/h, hoặc kmol/h W: lượng sản phẩm , kg/s, kg/h, hoặc kmol/h a: nồng độ phần trăm khối lượng, kg CS/kg hỗn hợp x: nồng độ phần mol, kmol CS2/kmol hỗn hợp M: khối lượng mol phân tử, kg/kmol µ: độ nhớt,Ns/m 2 Các chỉ số F, P, W tương ứng chỉ hỗn hợp đó thuộc về hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy. Ngoài ra trong khi tính toán còn sử dụng một số ký hiệu khác đều được chú thích tại chỗ. Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 5 - Đồ án môn học Chương II.Sơ đồ chương luyện Sơ đồ chưng luyện Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 6 - "4 5 "4 4 6 7 89 :; 4 <= > 8? :@4 <= > 8A   ( 0 2 )  3 BCDE89F,3;FG78HDE89F#G78I8??F (?4;JF0G74KL@4MF2G7N5L4KM=>8AF )BC=>8AF-G7NO=>8?FBC=>8? , :; 4 "4 4 # "45 - "45 Nguyễn Văn Nguyện líp CNSH_B_K43 nguyên lý làm việc Nguyên liệu đầu được chứa vào thùng chứa nguyên liệu 1. Sau đó được bơm lên thùng cao vị 3 nhờ bơm 2. Mức chất lỏng trong thùng cao vị đượckhống chế bằng ngưỡng chảy tràn. từ thùng cao vị chất lỏng tự chảy xuống thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu 3. Quá trình tự chảy được theo dõi bằng đồng hồ lưu lượng. Tại thiết bị gia nhiệt 3 hỗn hợp đầu được đun nóng đến nhiệt độ sôi nhờ hơi nước bão hoà, khi đã đạt đến nhiệt độ sôi hỗn hợp được đưa vào tháp chưng luyện 5 tại đĩa tiếp liệu. Trong tháp hơi đi từ dưới lên nhờ thiết bị đun sôi đáy tháp 4, còn chất lỏng đi từ trên xuống. Khi hơi đi từ dưới lên, lỏng đi từ trên xuống sẽ có quá trình tiếp xúc giữa pha lỏng và pha hơi. do nhiệt độ của hơi lớn hơn nhiệt độ của lỏng nên trong quá trình tiếp xúc đó sẽ xảy ra quá trình trao đổi nhiệt. Một phần nhiệt từ pha hơi sẽ đi vào pha lỏng làm bay hơi cấu tử dễ bay hơi là Cacbondisunfua (CS 2 )và làm ngưng tụ cấu tử khó bay hơi là Cacbontetraclorua(CCl 4 ). Chính nhờ quá trình này mà càng lên cao nồng độ cấu tử dễ bay hơi càng tăng, và ngược lại càng xuống thấp nồng độ cấu tử khó bay hơi càng tăng. Hơi bay ra khỏi đỉnh tháp chứa chủ yếu là CS 2 , được đưa vào thiết bị ngưng tụ 6 và tại đây hơi được ngưng tụ hoàn toàn. Sau quá trình ngưng tụ một phần CS 2 còn chứa nhiều CCl 4 được hồi lưu trở lại tháp nhờ thiết bị phân dòng , phần còn lại được đưa qua thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh 7 và được đưa về thùng chứa sản phẩm 8. Ở đây do sản phẩm đáy là CCl 4 có chứa một lượng rất nhỏ CS 2 nên nó được tháo bỏ, một phần được tận dụng để làm nguồn cung cấp hơi bão hoà. Tháp chưng luyện làm việc ở chế độ liên tục nên hỗn hợp đầu và sản phẩm đỉnh được đưa vào và lấy ra liên tục. Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 7 - Đồ án môn học Chương II.tính toán III.1. Tính cân bằng vật chất cho tháp chưng luyện. Ta có phương trình cân bằng vật liệu    += += WaPaFa WPF WPF    += += ⇔ WP WP .005,0.92,05,3.21,0 5,3      = = = ⇔      = = = ⇔ )/(6,9777 )/(4,2822 )/(12600 )/(716,2 )/(784,0 )/(5,3 hKgW hKgP hKgF sKgW sKgP sKgF Đổi nồng độ từ phần trăm khối lượng sang phần trăm số mol ta có: Cho hỗn hợp đầu: 350.0 154 21,01 76 21,0 76 21,0 1 2 4 2 = − + = − + = CCL FF CS F F M a Mcs a M a x ( phần mol) 336,0 = F x (phần mol) Cho sản phẩm đỉnh: 959,0 154 92,01 76 92,0 76 92,0 1 42 2 = − + = − + = CCL P CS P CS P P M a M a M a x (phần mol) 948,0 = P x (phần mol) Cho sản phẩm đáy: 01,0 154 005,01 76 005,0 76 005,0 1 42 2 = − + = − + = CCl W CS W CS W W M a M a M a x (phần mol) 01,0 = W x (phần mol) Khối lượng phần mol trung bình trong từng đoạn tháp. )/(2,153154).01,01(76.01,0).1(2. )/(198,79154)959,01(76.959,0).1(. )/(7,126154).350,01(76.350,0).1(. 4 42 42 kmolkgMxMcsxM kmolkgMxMxM kmolkgMxMxM CClWWW CClPCSPP CClFCSFF =−+=−+= =−+=−+= =−+=−+=          == == == ⇒ )/(82,63 22,153 6,9777 )/(636,35 20,79 4,2822 )/(448,99 7,126 12600 hkmolW hkmolP hkmolF Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 8 - Nguyễn Văn Nguyện líp CNSH_B_K43 Bảng cân bằng pha X 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Y 0 13,2 24 42,3 54,4 64,5 64 72,6 79,1 84,8 90,1 95 100 T 76,7 73,7 71 66 62,3 59 56,1 53,7 51,6 49,6 47,9 46,3 Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 9 - -P -P -P- -P -P, -P, -P -P# -P( -P) -P0 -P2 -P3 P-  P- -P( -P# -P0 -P)-P2 -P3 Q §å thÞ c©n b»ng pha láng h¬i x-y Đồ án môn học III.2. Tính chỉ số hồi lưu thích hợp. Từ Rx = β.R min β: là hệ số hiệu chỉnh β = 1,2 ÷ 2,5 Ta tính R th theo giá trị cực tiểu của đại lượng Nlt(R x +1) là đại lượng tỷ lệ thuận với thể tích tháp chưng Nlt : là số đĩa lý thuyết của tháp trưng ứng với từng giá trị R x Tính chỉ số hồi lưu tối thiểu: FF FP xy yx R − − = * * min * F y được tra ở bảng cân bằng pha ứng với x F = 0,350 X 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Y 0 13,2 24 42,3 54,4 64,5 72,6 79,1 84,8 90,1 95 100 T 76,7 73,7 7 71 66 62,3 59 56,1 53,7 51,6 49,6 47,9 46,3 (Bảng 1) Từ bảng trên ứng với x F ta nội suy ra được 595,0 * = F y 49,1 336,0595,0 595,0959,0 min = − − =⇒ R 79,2 636,35 448,99 === P F l Với β=1,2 ⇒R x = 1,2.R min = 1,2.1,49= 1,778 Phương trình đường làm việc đoạn luyện của tháp 344,0641,0 1778,1 959,0 1778,1 778,1 11 += + + + = + + + = xx Rx x x Rx Rx y P l Phương trình đường làm việc đoạn chưng của tháp 0064,0642,101,0. 1778,1 79,21 1778,1 79,2778,1 1 1 1 −= + − + + + = + − + + + = xxx Rx l x Rx lRx y Wc Ta có quan hệ y=f(x) Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 10 - [...]... lng hi i vo a di cựng ca on luyn g d + g1l (kmol / h) (*) 2 gd g tbl = GR GP XP GF XF nl g1l,y1l g1c,y1c=yw 2 1 nc G1l X1=XF 2 1 G1c,X1c Gw XW Hình vẽ để xác định lượng hơi trung bình đi trong tháp chưng luyện Trong ú: gtbl l lng hi trung bỡnh i trong on luyn (kmol/h) gd l lng hi i ra khi a trờn cựng ca thỏp (kmol/h) g1l l lng hi i vo a di cựng ca on luyn (kmol/h) Tớnh lng i ra khi nh thỏp gd =GR +... coi x1 = xF r1l :l ẩn nhit hoỏ hi ca hn hp i vo a th nht ca on luyn rd : l ẩn nhit hoỏ hi ca hn hp i ra khi nh thỏp r1l = rCS2.y1l + (1-y1l).rCCl4 rd = rCS2.yd + (1-yd).rCCl4 T xE = 0,350 ,xP = 0,959 & xw=0,01 da vo th t-y-x ta ni suy c tF=60,65oC ; tP= 46,96oC;tw=76,1 Tra bng ẩn nhit hoỏ hi [I-301] ta c: Kcal/kg 0 0C 200C 600C 1000C 140oC CS2 89,4 87,6 82,2 75,5 67,4 CCl4 52,1 51,0 48,2 44,3 40,1... hoỏ hi ca hn hp i vo a th nht ca on chng rnc : l ẩn nhit hoỏ hi ca hn hp hi i vo a trờn cựng ca on chng r1c = rCS2.yW + (1-yW) rCCl4 rnc = rCS2.ync + (1-ync).rCCl4 rCS2, rCCl4 : l ẩn nhit hoỏ hi ca CS2&CCl4 nhit tF v tW Tớnh r1c T yW = 0,026 da vo th t-y-x ta ni suy c tW=71oC Tra bng ẩn nhit hoỏ hi [I-301] ta c: Ni suy ta c vi tW = 71oC cú rCS2= 25570,29 103 (J/kmol) rCCl4=30386,2.103 (J/kmol) r1c . trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 3 - Đồ án môn học Chương I.Nội dung đồ án Tính toán thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục hỗn hợp hai cấu tử cacbondisunfua & cacbontetraclorua. Nguyễn Văn Nguyện líp CNSH_B_K43 Tính toán thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục hỗn hợp hai cấu tử cacbondisunfua & cacbontetraclorua trong tháp đệm Mục lục . trình tính toán và thiết kế. Ngoài ra, khi tính toán, thiết kế một hệ thống chưng luyện, hấp thụ còn gặp thêm khó khăn lớn khác là thiếu công thức chung dùng cho việc tính toán hệ số động