Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa chóp để phân tách hỗn hợp cloroform (CHCl3) và benzen(c6h6)

Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa chóp để phân tách hỗn hợp cloroform (CHCl3) và benzen(c6h6) Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa chóp để phân tách hỗn hợp cloroform (CHCl3) và benzen(c6h6) Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa chóp để phân tách hỗn hợp cloroform (CHCl3) và benzen(c6h6) Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa chóp để phân tách hỗn hợp cloroform (CHCl3) và benzen(c6h6) Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa chóp để phân tách hỗn hợp cloroform (CHCl3) và benzen(c6h6) Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa chóp để phân tách hỗn hợp cloroform (CHCl3) và benzen(c6h6)

ĐỒ ÁN MÔN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

Họ và tên: NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG

Lớp: Hóa 4-K7

Khoa: Công nghệ hóa học

Giáo viên hướng dẫn: Phạm Thị Thanh Yên

I Đầu đề thiết kế.

Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa chóp để phân tách hỗn hợp

Cloroform (CHCl3) và Benzen(C6H6)

II Các số liệu ban đầu.

- Năng suất tính theo hỗn hợp đầu: F = 12 tấn/h

- Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong:

+ Hỗn hợp đầu: xF=0,27 phần mol

+ Sản phẩm đỉnh: xP=0,9 phần mol

+ Sản phẩm đáy: xw=0,1 phần mol

- Tháp làm việc ở áp suất thường

- Hỗn hợp đầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi

III Nội dung các phần thuyết minh và tính toán

1) Giới thiệu chung

+ Mở đầu và giới thiệu hỗn hợp đước chưng luyện+ Vẽ và thuyết minh dây truyền sản xuất

+ Tính trở lực của tháp+ Tính cân bằng nhiệt3) Tính thiết bị hấp phụ

+ Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu+ Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đáy+ Tính bơm

+ Thùng cao vị4) Tính toán cơ khí và lựa chọn

+ Tính bề dày thiết bị+ Tính đáy và nắp thiết bị+ Chọn bích ghép

+ Tính toán giá đỡ và tai treo5) Kết luận chung

6) Tài liệu tham khảo

IV Các bản vẽ và đồ thị

T

T

PHẦN 1

MỞ ĐẦU

Chúng ta đang sống trong thế giới với khoa học kỹ thuật ngày càng pháttriển Trong ngành công nghệ vật liệu mới không thể không nhắc đến ngành côngnghiệp hóa học, bởi công nghệ hóa thuộc lĩnh vực công nghệ đòi hỏi công nghẹcao, mức độ phát triển công nghệ này được coi như một chỉ thị về trình độ pháttriển một đất nước

Nhận thấy sự phát triển như vũ bão của ngành công nghiệp hóa hoc, với lối tư duynhạy bén và sang tạo, khoa Công nghệ Hóa Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

đã đào tạo ra những sinh viên chuyên ngành Hóa Điều đó không chỉ cung cấp chođất nước đội ngũ những công nhân lành nghề, thợ kỹ thuật có tay nghề cao mà nócòn mở cơ hội việc làm cho giới trẻ trong lĩnh vực công nghiệp khá mới mẻ này

Là sinh viên khoa Công Nghệ Hóa, chúng em được trang bị rất nhiều kiếnthức cơ bản về quá trình thiết bị công nghệ sản xuất những sản phẩm hóa học.Nhận được đồ án này chúng em đã tìm hiểu về những quá trình công nghệ, đượcvận dụng những kiến thức đã học và mở rộng vốn kiến thức của mình, từ đó giúpchúng ta có cái nhìn cụ thể hơn về ngành nghề mình đã chọn

Công nghệ hóa học là ngành giữ vị trí quan trọng trong việc sản xuất phục

vụ cho nhiều lĩnh vực, cho ngành kinh tế quốc dân, tạo điều kiện cho nhiều ngànhphát triển theo Với những phương pháp sản xuất khác nhau như lắng, lọc, đunnóng, làm nguội, chưng luyện, hấp thụ, trích ly, sấy khô… đã tạo ra rất nhiều sảnphẩm đa dạng phong phú đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn của con người Đặc biệtđáp ứng nhiều nhất là chưng luyện, nó được đáp ứng trong nhiều ngành nghề, lĩnhvực, đặc biệt công nghệ lên men, công nghệ tổng hợp hữu cơ, loc – hóa dầu, côngnghệ sinh học…

Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị là một môn học mang tính tổng hợptrong quá trình học tập của các kỹ sư Công nghệ Hoá học tương lai Môn học nàygiúp sinh viên có thể tính toán cụ thể : quy trình công nghệ, kết cấu, giá thành củamột thiết bị trong sản xuất hoá chất - thực phẩm Đây là lần đầu tiên sinh viênđược vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết các vấn đề kỹ thuật thực tế mộtcách tổng hợp

Nhiệm vụ của đồ án là thiết kế tháp đĩachóp có ống chảy chuyền để chưngcất hỗn hợp Cloroform (CHCl3) và Benzen ở áp suất thưởng với năng suất theosản phẩm đỉnh (CHCl3) là 12 tấn/h, có nổng độ sản phẩm đỉnh là 0,9 phầnmolCHCl3, nồng độ sản phẩm đáy là 0,1 phần mol CHCl3, nồng độ nhập liệu là0,27 phần mol CHCl3

Trong sản xuất thường gặp các phương pháp chưng khác nhau như: chưngđơn giản, chưng bằng hơi nước trực tiếp, chưng chân không và đặc biệt là chưngluyện.

Chưng luyện là phương pháp thông dụng dung để tách hoàn toàn hỗn hợpcác cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan một phần hoặc hòa tan hoàn toàn vàonhau Chưng luyện ở áp xuất thường dung hỗn hợp dễ phân hủy ở nhiệt độ cao,các cấu tử dễ bay hơi và ngược lại

Cấu tạo: Thân tháp hình trụ, thẳng đứng bên trong có gắn các đĩa có cấu tạo khácnhau, trên đó pha lỏng và pha hơi được cho trưc tiếp với nhau

II GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU

1 CHCl 3 - Benzen a.

Benzen: là một hợp chất mạch vòng, ở dạng lỏng không màu và có mùi

thơm nhẹ Công thức phân tử là C6H6 Benzen không phân cực, vì vậy tantốt trong các dung môi hữu cơ khác và rất ít tan trong nước Trước đâyngười ta thường sử dụng benzen làm dung môi Tuy nhiên sau đó người taphát hiện ra rằng nồng độ benzen trong không khí chỉ thấp khoảng bằng1ppm cũng có thể gây ra bệnh bạch cầu, nên ngày nay benzen được sửdụng hạn chế hơn

o Đi từ nguồn thiên nhiên

Thông thường các hidrocacbon ít được điều chế trong phòng thínghiệm, vì có thể thi được lượng lớn nó bằng phương pháp chưng cấtthan đá, dầu mỏ…

o Đóng vòng và dehidro hóa ankan

o Các ankan có thể tham ra đóng vòng và dehidro hóa tạo thànhhidrocacbon thơm ở nhiệt độ cao và có mặt xúc tác như Cr2O3 hay cáckim loại chuyển tiếp như Pd Pt

CH3(CH2)4CH3 ⃗Al 203/Cr 203 C6H6

o Dehidro hóa các cycloankan

Các cycloankan có thể bị dehidro hóa ở nhiệt đọ cao với sự có mặt củachất xúc tác kim loại chuyển tiếp tạo thành benzen hay các dẫn xuấtcủa benzene

Cloroform : hay còn gọi là triclorometan và mêtyl triclorua là một hợp

chất hóa học thuộc nhóm trihalometan và có công thức CHCl3 Nó khôngcháy trong không khí, trừ khi tạo thành hốn hợp với các chất dễ cháy hơn.CHCl3 còn là một chất độc với môi trường

- Khối lượng phân tử: 119,38 g/mol

cloroform – benzen ở 760 mmHg ( Tham khảo sổ tay tập II )

PHẦN 2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT

I.Vẽ dây chuyền sản xuất.

Sơ đồ hệ thống chưng luyện:

11

9

10 12

GHI CHÚ:

II Nguyên lý làm việc.

Ở đây dùng tháp chưng luyện liên tục loại đĩa chóp ở áp suất thường Sơ đồ nguyên

lý dây chuyền sản xuất được trình bày trên hình 1 Quá trình làm việc của dây chuyền như sau:

Nguyên liệu đầu được chứa vào thùng chứa 1 và được bơm 2 bơm lên thùngcao vị 3 Mức chất lỏng cao nhất và thấp nhất ở thùng cao vị được khống chế tựđộng nhờ thiết bị TĐ thông qua việc chỉnh tự động bơm 2 Từ thùng cao vị, hỗnhợp đầu qua thiết bị đun nóng dung dịch đầu 4 Tại đây dung dịch được gia nhiệtbằng hơi nước bão hoà ở nhiệt độ sôi Sau đó vào tháp chưng luyện 5ở đĩa tiếp liệu

Tháp chưng luyện gồm hai phần: phần từ đĩa tiếp liệu trở lên gọi là đoạnluyện, phần từ đĩa tiếp liệu trở xuống gọi là đoạn chưng

Ở đoạn chưng có bộ phận đun bốc hơi 9 Bộ phận này được gia nhiệt bằnghơi nước

Như vậy trong tháp hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng đi từ trên xuống Vì theochiều cao tháp , nhiệt độ càng lên cao càng thấp nên hơi khi đi qua các đĩa từ dướilên, cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽ ngưng tụ lại và cuối cùngở trên đỉnh ta thu đượchỗn hợp gồm hầu hết các cấu tử dễ bay hơi Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ hơi6(hơi đi ngoài ống, nước lạnh đi trong ống và từ dưới lên) Ở đây hơi được ngưng

tụ lại Một phần chất lỏng sau khi ngưng tụ hồi lưu về tháp ở đĩa trên cùng, một

phần khác đi qua thiết bị làm lạnh 8 để làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết rồi đi vàothùng chứa sản phẩm đỉnh.

Chất lỏng đi từ trên xuống gặp hơi có nhiệt độ cao hơn, một phần cấu tử cónhiệt độ sôi thấp( cấu tử dễ bay hơi ) được bốc hơi và do đó nồng độ cấu tử khó bayhơi trong chất lỏng ngày càng tăng Cuối cùng ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏnggồm hầu hết cấu tử khó bay hơi.Thiết bị gia nhiệt 9 để đun sôi tuần hoàn và bốc hơihỗn hợp đáy tháp Một phần chất lỏng tháo ra ở đáy nồi và được cung cấp vào phầndưới của tháp Một phần khác được tháo ra liên tục đưa vào thùng chứa sản phẩmđáy 11 khống chế bằng các van Nước ngưng tụ của các thiết bị gia nhiệt được tháoqua các thiết bị tháo nước ngưng tự động 12

Ở thiết bị chưng luyện này: hỗn hợp đầu vào liên tục và các sản phẩm đỉnh

và đáy lấy ra liên tục

PHẦN 3 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

 Giả thiết:

- Số mol pha hơi đi từ dưới lên là bằng nhau trong tất cả mọi điều kiện của tháp.

- Số mol chất lỏng không thay đổi theo chiều cao đoạn chưng và đoạn luyện

- Hỗn hợp đầu đi vào tháp ở nhiệt độ sôi

- Chất lỏng ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ có thành phần bằng thành phần của hơi đi ra ở đỉnh tháp

- Cấp nhiệt ở đáy tháp bằng hơi đốt gián tiếp

F: năng suất tính theo hỗn hợp đầu F = 12 (tấn/h)

Thiết bị làm việc ở áp suất thường

Tháp chưng loại tháp chóp

- xF: nồng độCHCl3 hỗn hợp đầu là 0,27 phần mol

- xP: nồng độ CHCl3trong sản phẩm đỉnh là 0,9 phần mol

- xW: nồng độCHCl3 trong sản phẩm đáy là 0,1 phần mol

- M1: khối lượng phân tử CHCl3= 119,38 (kg/kmol)

- M2: khối lượng phân tử Benzen = 78,1121 (kg/kmol)

I.Cân bằng vật liệu toàn thiết bị.

- Hỗn hợp đầu vào F(Cloroform - Benzen) được tách thành sản phẩm đỉnh P(Cloroform) và sản phẩm đáy W(Benzen) ở đĩa trên cùng có một lượng lỏng hồi lưu, ở đáy tháp có thiết bị đun sôi, lượng hơi đi ra ở đỉnh tháp là D

- Theo phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp:

F = P + W

- Phương trình cân bằng vật liệu cho cấu tử dễ bay hơi:

F.aF = P.aP + W.aW

* Đổi nồng độ phần mol sang nồng độ phần khối lượng:

a =

x ×M A x×M A+(1−x )×M B

aP=

x P×M A

x P×M A+(1−x P)×M B=

0,9×119,38 0,9×119,38+(1−0,9)×78,1121=0,932

=> Lượng sản phẩm đáy là:

W = F – P = 12000-3293,52=8706,48 (kg/h)

* Khối lượng trung bình của hỗn hợp đầu vào, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy là:

- Công thức tính: M = x.M A + ( 1- x).M B

Trong đó:M là khối lượng phân tử trung bình của hỗn hợp (kg/kmol)

X là nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp

MA, MB: lần lượt là khối lượng phân tử của CHCl3 và Benzen

- Khối lượng phân tử trunh bình của hỗn hợp vào tháp là:

II.Tính chỉ số hồi lưu thích hợp.

1 Đường cân bằng lỏng hơi.

Từ số liệu ở bảng cân bằng lỏng - hơi trên ta vẽ được đồ thị x-y sau:

Với xF = 0,27( phần mol), dóng lên đường cân bằng y*-x ta được y*

- Vấn đề chọn chỉ số hồi lưu thích hợp là rất quan trọng, vì khi chỉ số hồi lưu

bé thì số bậc của tháp lớn nhưng tiêu tốn hơi đốt ít, ngược lại khi chỉ số hồi lưu lớn thì số bậc của tháp ít hơn nhưng tiêu tốn hơi đốt lại rất lớn

- Trong công nghiệp người ta tính gần đúng trong khoảng sau:

 Khi β = 1,2 => Rx = 1,2.5,281=6,3372

Phương trình đoạn luyện là: y = 0,8637.x + 0,122

Phương trình đoạn chưng là : y=1,505x-0,0505

Khi đó ta có đồ thị sau:

Số đĩa lý thuyết là: N = 20

 Khi β = 1,4 => Rx = 1,4.5,281=7,3934.

 Phương trình đoạn luyện là: y = 0,88.x + 0,107

 Phương trình đoạn chưng là : y=1,4413x-0,044

 Ta có đồ thị sau:

Số đĩa lý thuyết là: N = 16

Khi β = 1,6 thì Rx = 1,6.5,281=8,4496

 Phương trình đoạn luyện là: y = 0,8941.x + 0,095

 Phương trình đoạn chưng là: y = 1,3919.x – 0,0391

 Khi đó ta có đồ thị sau:

Số đĩa lý thuyết là: N = 15

 Khi β = 1,8 thì Rx = 1,8.5,281=9,5058

 Phương trình đoạn luyện là: y = 0,9048.x + 0,085

 Phương trình đoạn chưng là: y = 1,3525.x – 0,0352

Ta có đồ thị sau:

Số đĩa lý thuyết là N = 14

Khi β = 2 thì Rx = 2.5,281=10.562

- Phương trình đoạn luyện là: y = 0,9135.x + 0,077

- Phương trình đoạn chưng: y = 1,3203.x - 0,032

- Ta có đồ thị sau:

Số đĩa lý thuyết là: N = 13

Khi β = 2,2 thì Rx= 2,2.5,281=11,6182

- Phương trình đoạn luyện là: y = 0,9207.x +0,071

- Phương trình đoạn chưng: y = 1,2935.x - 0,0293

- Ta có đồ thị sau:

Số đĩa lý thuyết là: 13

 Khi β = 2,4 thì Rx = 2,4.5,281=12,6744

- Phương trình đoạn luyện là: y = 0,9268.x + 0,065

- Phương trình đoạn chưng là: y = 1,2708.x – 0,027

- Ta có đồ thị sau:

Số đĩa lý thuyết là: N = 12

 Khi β = 2,5 thì Rx = 2,5.5,281=13,2025

- Phương trình đoạn luyện là: y = 0,9295.x + 0,063

- Phương trình đoạn chưng là: y = 1,2607.x – 0,026

- Ta có đồ thị sau:

Số đĩa lý thuyết là: N = 12

Từ các đồ thị trên ta có bảng kết quả sau:

Vtb: lượng hơi trung bình đi trong tháp m3/h

ω tb: tốc độ hơi trung bình đi trong tháp m/s

gtb: lượng hơi trung bình đi trong tháp Kg/h

(ωtb.ρy)tb : tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (kg/m2s)

- Vì lượng hơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao của tháp và khác nhau trong mỗi một đoạn cho nên ta phải tính lượng hơi trung bình riêng cho từng đoạn

1.Tính đường kính đoạn luyện.

1.1Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện.

- Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện có thể tính bằng công thức sau:

gtb=

g đ+g l

2 kg/h [ II.181 – IX.91]

Trong đó:

gtb: lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện

gđ : lượng hơi đi ra đĩa trên cùng của tháp ( kg/h)

g1: lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện (kg/h)

 Xác định g 1 : ¿ ¿

- Lượng hơi đi vào đoạn luyện được xác định theo hệ phương trìn cân bằng và

nhiệt lượng sau:(I) { g l=G l+G P

g l y l=G l x l+G P x P

g l r l=g d r d [II.182 – IX.93,94,95]

Trong đó:

g1: lượng hơi đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện (kg/h)

y1: hàm lượng hơi đối với đĩa 1 của đoạn luyện (kg/h)

G1: lượng lỏng đối với đĩa 1 của đoạn luyện ( kg/h)

- Trong hệ phương trình trên, ta coi: x1= xF = 0.27 ( kmol/kmol) tương đương 0,361 phần khối lượng

- r1, rđ lần lượt là ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất và đi ra khỏi đỉnh tháp

r1, rđ được xác định bởi công thức:

r1 = ray1 + (1-y1).rb

rđ = ra.yđ + (1 – yđ).rb

ra: ẩn nhiệt hóa hơi của CHCl3

rb: ẩn nhiệt hóa hơi của C6H6

Có :

- yđ = xp = 0.9 (kmol/kmol) tương đương 0,932 phần khối lượng

- Tra từ đồ thị t-x,y (IX.2a-II.145) nội suy ta có nhiệt độ sôi của hỗn hợp ở xP,

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện là:

G xL=G L=G1+R th .G P

202 ,304 +7 , 2508 28 , 576

2 =204 ,751( kmol/h )

1.2 Tính khối lượng riêng trung bình

 Đối với pha khí:

M1, M2: khối lượng mol của CHCl3 và C6H6

T: nhiệt độ làm việc trung bình của tháp

yđ1: nồng độ CHCl3 tại đĩa tiếp liệu của đoạn luyện (kmol/kmol)

 Đối với pha lỏng:

ρxtb: khối lượng riêng của pha lỏng (kg/m3)

ρxtb1, ρxtb2: khối lượng riêng của CHCl3 và C6H6tại nhiệt độ trung bình(kg/m3)

atb1: phần khối lượng của CHCl3 trong pha lỏng (kg/kg)

- Nồng độ mol trung bình trong pha lỏng của đoạn luyện:

- Tra [I.2 – tập I], ta có:

ρCHCl3(60o)= 1411 ( kg/m3)

ρCHCl3(80o)= 1380 ( kg/m3)

=>ρCHCl3(73,31o)= 1411+

1380−1411 80−60 (77 , 72−60 )=1383 , 534(kg/m

3 )

ρC6H6(60o)= 836 ( kg/m3)

ρC6H6(80o)= 815 ( kg/m3)

=>ρC6H6(73,31o)= 836+

815−836 80−60 (73,31−60)=822 ,0245( kg/m

3 )

- Nồng độ pha lỏng đoạn luyện tính theo phần khối lượng là:

ρxtb, ρytb: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và khí (kg/m3)

h: khoảng cách giữa các đĩa (m)

Quy chuẩn: đường kính đoạn luyện là: DL= 2(m)

Tốc độ hơi đi trong đoạn luyện:

ϖ yL=(0,0188 D )2.g tbL

ρ yL=(0, 01882 )2.24254 ,18818

2.Đường kính đoạn chưng.

2.1Lượng hơi trung bình đi trong tháp ở đoạn chưng

1; lượng hơi đi ra đoạn chưng (kg/h)

Vì lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện, ta có:

r’1: ẩn nhiệt hóa hơi đi vào đĩa thư nhất đoạn chưng

xw: thành phần cấu tử dễ bay hơi ở sản phẩm đáy

r1: ẩn nhiệt hóa hơi đi ra đĩa trên cùng đoạn chưng

yw được xác địn theo đường cân bằng, xw= 0,1(kmol/kmol)

 y‘

1= yw= 0,126(kmol/kmol)

r’1 được xác định bởi: r’1= ra.y’1+(1-y’1)rb

ra, rb: ẩn nhiệt hóa hơi của CHCl3 và C6H6 ở tw= 79,6oC

ta có:

2.2 Tính khối lượng riêng trung bình

 Nồng độ trung bình trong pha lỏng:

Nồng độ trung bình trong pha lỏng tính theo phần mol là:

3 )

ρC6H6(78,58o)= 836+

815−836 80−60 (78,58−60)=816 , 491(kg/m

3 )

* Khối lượng riêng trong pha hơi:

Khối lượng riêng trong pha hơi của đoạn chưng được tính theo công thức sau:

ρytb=

y tb M CHCl3+(1− y tb)M C 6 H 6

Lượng hơi trung bình đi trong tháp của đoạn chưng tính theo phần khôi lượng là:

gtbC=229,4673(kmol/h)=229,4673.[0,23695.119,38+(1-0,23695).78,1121] =20168.00236(kg/h)

Đường kính tháp ở đoạn chưng là:

a Hệ số khuếch tán trong pha lỏng.

- Hệ số khuếch tán trong pha lỏng ở 20oC được tính theo công thức:

+V B

1 3

)2.√μ B

(m2 /s )

[II.133_VIII.14]

MA: Khối lượng mol của CHCl3

MB: Khối lượng mol của C6H6

VA,VB: thể tích mol của CHCl3và C6H6 (cm3/mol)

μB: độ nhớt của dung môi ở 20oC

μB = μC6H6(20o) = 0,652 (cP)

A, B: hệ số liên hợp A=1, B= 1( dung dịch tiêu chuẩn - là những dung dịch

mà dung môi, cấu tử phân bố hoặc cả hai là chất không liên kết)

Thể tích mol của các chất được tính theo công thức:

V= ∑n.V i Trong đó: n: số nguyên tử cùng loại

Vi: thể tích nguyên tử

VCHCl3 = 14,8.1+3,7.1+24,6.3 = 92,3(cm3/mol)

VC6H6 = 14,8.6+3,7.6 = 111(cm3/mol)

b Hệ số khuếch tán trong pha hơi.

- Hệ số khuếch tán động học của khí CHCl3 trong khí C6C6 được tính theo công thức:

P: áp suất tuyệt đối của hỗn hợp, P = 1 (atm)

T: nhiệt độ tuyệt đối của hõn hợp, T = t + 273

 Hệ số khuếch tán trong pha hơi của đoạn chưng, t = 78,58oC

a Hệ số cấp khối của pha hơi.

- Tính cho 1m2 diện tích làm việc của đĩa

β y= D y

22 , 4(0 ,79 Re y+11000)( kmol

m.2s kmol kmol

) [II.164_IX.42]

Dy: Hệ số khuếch tán trung bình trong pha hơi (m2/s)

μy: độ nhớt trung bình của hơi ( Ns/m2)

a Tính μy ( độ nhớt trung bình của pha hơi)

m1: nồng đọ CHCl3 trong pha hơi

- đoạn chưng: m 1 = y tbC = 0,23695 (kmol/kmol)

- đoạn luyện: m 1 = y tbL = 0,62395 (kmol/kmol)

m2: nồng độ C6H6 trong pha hơi, m2 = 1 - m1

Mhh: trọng lượng phân tử của hỗn hợp khí

- đoạn chưng: có ttbC= 78,7064oC, làm tương tự như trên ta cũng có:

 Độ nhớt của hỗn hợp hơi đoạn luyện là:

- Đoạn luyện: Re yL =

0,589.3,638 1,0772.10−5=198921,4631

Suy ra : Hệ số cấp khối trong pha hơi:

Mx: Khối lượng mol trung bình của phả lỏng (kg/kmol)

h = 1: kích thước dài

Pr =

μ x

ρ x D x Chuẩn số Pran

Dx: Hệ số khuếch tán trung bình trong pha lỏng

μx: Độ nhớt trung bình của pha lỏng

 Tính μ x

- Áp dụng công thức: lgμhh = x1.lgμ1 + (1-x1).lgμ2

x1: nồng độ phần mol CHCl3 trong hỗn hợp(kmol/kmol)

+ đoạn chưng: x1=0,185(kmol/kmol)

+ đoạn luyện: x1= 0,585 (kmol/kmol)

mi:hệ số phân bố vật chất phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, nồng độ.

b Đường kính ống chảy chuyền

MtbL = 0,585.119,38 +(1-0,585).78,1121=102,2538(kg/kmol)

 Gxtb= 204,751.102,2538=20936,5678 (kg/h)

ρ x =1114,4328 kg/m3

zc: số ống chảy chuyền phụ thuộc vào đường kính tháp, chọn zc=1

ω c :tốc độ chất lỏng trong ống chảy chuyền

Chọn ω c =0,2m/s

⇒d L c=√3600 π.1114 ,4328.0,2.1 4.20936,5678 =0,18m

Quy chuẩn:dc=0.18 m

c Tính số đơn vị chuyển khối

- Số đơn vị chuyển khối đối với mỗi đĩa trong pha hơi tính theo công thức sau:

m yt=K y f L

g ytb IX-65a

gytb: lượng hơi trung bình của đoạn luyện (kmol/s)

gytb=233,3274kmol/h=0,0648 kmol/s

Ky: hệ số chuyển khối (kmol/m2s)

fch: diện tích mặt cắt ngang của ống chảy chuyền

n: số ống hơi trên mỗi đĩa

gytb: lượng hơi trung bình của đoạn chưng (kmol/s)

gytb= 229,4673 kmol/h = 0,06374 kmol/s

Ky: hệ số chuyển khối (kmol/m2s)

fC=F-(fch.m+fh.n)

F: diện tích mặt bề mặt cắt ngang của tháp

 Vẽ đường cong cân bằng ycb=f(x)

 Vẽ đường làm việc của đoạn chưng, đoạn luyện với Rth

 Phương trình đoạn luyện: y=0,8788.x + 0,109

 Dựng các đường thẳng vuông góc ox tai các điểm có hoành độ:0,1; 0,2; 0,3;

0,4;0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9

 Các đường này cắt đường làm việc tại A1,A2,…A12

 Và cắt đường cân bằng tại C1,C2,…C12

Ta có:

m i=y cb−y

x−x cb