Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục
ÑAMH Quaù Trình vaø Thieát Bò
GVHD : Vuõ Baù Minh
MUÏC LUÏC
trang
LÔØI MÔÛ ÑAÀU
CHÖÔNG I : TOÅNG QUAN ..................................................................
I . LYÙù THUYEÁT VEÀ CHÖNG CAÁT
1 . Phöông phaùp chöng caát
2 . Thieát bò chöng caát:
II . GIÔÙI THIEÄU SÔ BOÄ NGUYEÂN LIEÄU
1 . Etanol
2 . Nöôùc
3 . Hoãn hôïp Etanol – Nöôùc
III . COÂNG NGHEÄ CHÖNG CAÁT HEÄ ETANOL – NÖÔÙC
CHÖÔNG II : CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT
I . CAÙC THOÂNG SOÁ BAN ÑAÀU
II . XAÙC ÑÒNH SUAÁT LÖÔÏNG SAÛN PHAÅM ÑÆNH VAØ SAÛN PHAÅM
ÑAÙY
III . XAÙC ÑÒNH TÆ SOÁ HOAØN LÖU THÍCH HÔÏP
1 . Tæ soá hoaøn löu toái thieåu
2 . Tæ soá hoaøn löu thích hôïp
IV . PHÖÔNG TRÌNH ÑÖÔØNG LAØM VIEÄC – SOÁ MAÂM LYÙ THUYEÁT
1 . Phöông trình ñöôøng noàng ñoä laøm vieäc cuûa ñoaïn caát
2 . Phöông trình ñöôøng noàng ñoä laøm vieäc cuûa ñoaïn chöng
3 . Soá maâm lyù thuyeát
V . XAÙC ÑÒNH SOÁ MAÂM THÖÏC TEÁ
CHÖÔNG III :TÍNH TOAÙN –THIEÁT KEÁ THAÙP CHÖNG CAÁT
I . ÑÖÔØNG KÍNH THAÙP
1 . Ñöôøng kính ñoaïn caát
2 . Ñöôøng kính ñoaïn chöng
II . MAÂM LOÃ – TRÔÛ LÖÏC CUÛA MAÂM
1 . Caáu taïo maâm loã
2 . Ñoä giaûm aùp cuûa pha khí qua moät maâm
http://www.ebook.edu.vn
1
Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục
ÑAMH Quaù Trình vaø Thieát Bò
GVHD : Vuõ Baù Minh
3 . Kieåm tra ngaäp luït khi thaùp hoaït ñoäng :
III . TÍNH TOAÙN CÔ KHÍ CUÛA THAÙP
1 . Beà daøy thaân thaùp :
2 . Ñaùy vaø naép thieát bò :
3 . Bích gheùp thaân, ñaùy vaø naép :
4 . Ñöôøng kính caùc oáng daãn – Bích gheùp caùc oáng daãn :
5 . Tai treo vaø chaân ñôõ:
CHÖÔNG IV : TÍNH TOAÙN THIEÁT BÒ TRUYEÀN NHIEÄT- THIEÁT BÒ
PHUÏ
I . CAÙC THIEÁT BÒ TRUYEÀN NHIEÄT
1 . Thieát bò ngöng tuï saûn phaåm ñænh
2 . Thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñænh
3 . Noài ñun gia nhieät saûn phaåm ñaùy
4 . Thieát bò trao ñoåi nhieät giöõa nhaäp lieäu vaø saûn phaåm ñaùy
5 . Thieát gia nhieät nhaäp lieäu
II. TÍNH BAÛO OÂN CUÛA THIEÁT BÒ
III . TÍNH TOAÙN BÔM NHAÄP LIEÄU
1 . Tính chieàu cao boàn cao vò
2 . Choïn bôm
CHÖÔNG V : GIAÙ THAØNH THIEÁT BÒ
I . TÍNH SÔ BOÄ GIAÙ THAØNH CUÛA THIEÁT BÒ
II . KEÁT LUAÄN
TAØI LIEÄU THAM KHAÛO
http://www.ebook.edu.vn
2
Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục
ÑAMH Quaù Trình vaø Thieát Bò
GVHD : Vuõ Baù Minh
3
Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục
ÑAMH Quaù Trình vaø Thieát Bò
GVHD : Vuõ Baù Minh
LÔØI MÔÛ ÑAÀU
Moät trong nhöõng ngaønh coù söï ñoùng goùp to lôùn ñeán ngaønh coâng nghieäp nöôùc ta noùi
rieâng vaø theá giôùi noùi chung, ñoù laø ngaønh coâng nghieäp hoùa hoïc. Ñaëc bieät laø ngaønh hoùa
chaát cô baûn.
Hieän nay, trong nhieàu ngaønh saûn suaát hoùa hoïc cuõng nhö söû duïng saûn phaåm hoùa
hoïc, nhu caàu söû duïng nguyeân lieäu hoaëc saûn phaåm coù ñoä tinh khieát cao phaûi phuø hôïp
vôùi quy trình saûn suaát hoaëc nhu caàu söû duïng.
Ngaøy nay, caùc phöông phaùp ñöôïc söû duïng ñeå naâng cao ñoä tinh khieát: trích ly,
chöng caát, coâ ñaëc, haáp thu… Tuøy theo ñaëc tính yeâu caàu cuûa saûn phaåm maø ta coù söï löïa
choïn phöông phaùp thích hôïp. Ñoái vôùi heä Etanol - Nöôùc laø 2 caáu töû tan laãn hoaøn toaøn,
ta phaûi duøng phöông phaùp chöng caát ñeå naâng cao ñoä tinh khieát cho Etanol.
Ñoà aùn moân hoïc Quaù trình vaø Thieát bò laø moät moân hoïc mang tính toång hôïp trong
quaù trình hoïc taäp cuûa caùc kyõû sö hoaù- thöï c phaåm töông lai. Moân hoïc giuùp sinh vieân
giaûi quyeát nhieäm vuï tính toaùn cuï theå veà: yeâu caàu coâng ngheä, keát caáu, giaù thaønh cuûa
moät thieát bò trong saûn xuaát hoaù chaát - thöïc phaåm. Ñaây laø böôùc ñaàu tieân ñeå sinh
vieân vaän duïng nhöõng kieán thöùc ñaõ hoïc cuûa nhieàu moân hoïc vaøo giaûi quyeát nhöõng vaán
ñeà kyõû thuaät thöïc teá moät caùch toång hôïp.
Nhieäm vuï cuûa ÑAMH laø thieát keá thaùp chöng caát heä Etanol - Nöôùc hoaït ñoäng lieân
tuïc vôùi naâng suaát nhaäp lieäu : 1000 kg/h coù noàng ñoä 10% mol etanol ,thu ñöôïc saûn
phaåm ñænh coù noàng ñoä 85% mol etanol vôùi ñoä thu hoài etanol laø 99%.
Em chaân thaønh caûm ôn caùc quí thaày coâ boä moân Maùy & Thieát Bò, caùc baïn sinh
vieân ñaõ giuùp em hoaøn thaønh ñoà aùn naøy. Tuy nhieân, trong quaù trình hoaøn thaønh ñoà aùn
khoâng theå khoâng coù sai soùt, em raát mong quí thaày coâ goùp yù, chæ daãn.
http://www.ebook.edu.vn
4
Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục
ÑAMH Quaù Trình vaø Thieát Bò
GVHD : Vuõ Baù Minh
CHÖÔNG I : TOÅNG QUAN.
I . LYÙù THUYEÁT VEÀ CHÖNG CAÁT:
1 . Phöông phaù p chöng caá t :
Chöng caát laø qua ùtrình phaân taùch hoãn hôïp loûng (hoaëc khí loûng) thaønh caùc caáu
töû rieâng bieät döïa vaøo söï khaùc nhau veà ñoä bay hôi cuûa chuùng (hay nhieät ñoä soâi khaùc
nhau ôû cuøng aùp suaát), baèng caùch laëp ñi laëp laïi nhieàu laàn quaù trình bay hôi - ngöng
tuï, trong ñoù vaät chaát ñi töø pha loûng vaøo pha hôi hoaëc ngöôïc laïi. Khaùc vôùi coâ ñaëc,
chöng caát laø quaù trình trong ñoù caû dung moâi vaø chaát tan ñeàu bay hôi, coøn coâ ñaëc laø
quaù trình trong ñoù chæ coù dung moâi bay hôi.
Khi chöng caát ta thu ñöôïc nhieàu caáu töû vaø thöôøng thì bao nhieâu caáu töû seõ thu
ñöôïc baáy nhieâu saûn phaåm. Neáu xeùt heä ñôn giaûn chæ coù 2 heä caáu töû thì ta thu ñöôïc
2 saûn phaåm: saûn phaåm ñænh chuû yeáu goàm goàm caáu töû coù ñoä bay hôi lôùn (nhieät ñoä
soâi nhoû ), saûn phaåm ñaùy chuû yeáu goàm caáu töû coù ñoä bay hôi beù(nhieät ñoä soâi lôùn)
.Ñoái vôùi heä Etanol - Nöôùc saûn phaåm ñænh chuû yeáu goàm etanol vaø moät ít nöôùc ,
ngöôïc laïi saûn phaåm ñaùy chuû yeáu goàm nöôùc vaø moät ít etanol.
Caùc phöông phaùp chöng caát: ñöôïc phaân loaïi theo:
AÙp suaát laøm vieäc : chöng caát aùp suaát thaáp, aùp suaát thöôøng vaø aùp suaát cao.
Nguyeân taéc cuûa phöông phaùp naøy laø döïa vaøo nhieät ñoä soâi cuûa caùc caáu töû,
neáu nhieät ñoä soâi cuûa caùc caáu töû quaù cao thì ta giaûm aùp suaát laøm vieäc ñeå
giaûm nhieät ñoä soâi cuûa caùc caáu töû.
Nguyeân lyù laøm vieäc: lieân tuïc, giaùn ñoaïn(chöng ñôn giaûn) vaø lieân tuïc.
* Chöng caát ñôn giaûn(giaùn ñoaïn): phöông phaùp naøy ñuôïc söû duïng trong caùc
tröôøng hôïp sau:
+ Khi nhieät ñoä soâi cuûa caùc caáu töû khaùc xa nhau.
+ Khoâng ñoøi hoûi saûn phaåm coù ñoä tinh khieát cao.
+ Taùch hoãn hôïp loûng ra khoûi taïp chaát khoâng bay hôi.
+ Taùch sô boä hoãn hôïp nhieàu caáu töû.
* Chöng caát hoãn hôïp hai caáu töû (duøng thieát bò hoaït ñoäng lieân tuïc) laø quaù
trình ñöôïc thöïc hieän lieân tuïc, nghòch doøng, nheàu ñoaïn.
Phöông phaùp caát nhieät ôû ñaùy thaùp: caáp nhieät tröïc tieáp baèng hôi nöôùc: thöôøng
ñöôïc aùp duïng tröôøng hôïp chaát ñöôïc taùch khoâng tan trong nöôùc .
Vaäy: ñoái vôùi heä Etanol – Nöôùc, ta choïn phöông phaùp chöng caát lieân tuïc caáp
nhieät giaùn tieáp baèng noài ñun ôû aùp suaát thöôøng.
http://www.ebook.edu.vn
5
Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục
ÑAMH Quaù Trình vaø Thieát Bò
GVHD : Vuõ Baù Minh
2 . Thieát bò chöng caát:
Trong saûn xuaát thöôøng söû duïng raát nhieàu loaïi thaùp nhöng chuùng ñeàu coù moät yeâu
caàu cô baûn laø dieän tích beà maët tieáp xuùc pha phaûi lôùn ,ñieàu naøy phuï thuoäc vaøo ñoä
phaân taùn cuûa löu chaát naøy vaoø löu chaát kia .
Thaùp chöng caát raát phong phuù veà kích côõ vaø öùng duïng ,caùc thaùp lôùn nhaát thöôøng
ñöôïc öùng duïng trong coâng nghieäp loïc hoaù daàu. Kích thöôùc cuûa thaùp : ñöôøng kính
thaùp vaø chieàu cao thaùp tuyø thuoäc suaát löôïng pha loûng, pha khí cuûa thaùp vaø ñoä tinh
khieát cuûa saûn phaåm. Ta khaûo saùt 2 loaïi thaùp chöng caát thöôøng duøng laø thaùp maâm vaø
thaùp cheâm.
Thaùp maâm: thaân thaùp hình truï, thaúng ñöùng phía trong coù gaén caùc maâm coù
caáu taïo khaùc nhau ñeå chia thaân thaùp thaønh nhöõng ñoaïn baèng nhau, treân maâm
pha loûng vaø pha hôi ñöïôc cho tieáp xuùc vôùi nhau. Tuøy theo caáu taïo cuûa ñóa, ta
coù:
* Thaùp maâm choùp : treân maâm boá trí coù cheùp daïng:troøn ,xuù baép ,chöõ s…
* Thaùp maâm xuyeân loã: treân maâm boá trí caùc loã coù ñöôøng kính (3-12) mm.
Thaùp cheâm(thaùp ñeäm): thaùp hình truï, goàm nhieàu ñoaïn noái vôùi nhau baèng
maët bích hay haøn. Vaät cheâm ñöôïc cho vaøo thaùp theo moät trong hai phöông
phaùp: xeáp ngaãu nhieân hay xeáp thöù töï.
* So saùnh öu vaø nhöôïc ñieåm cuûa caùc loaïi thaùp :
Thaùp cheâm.
Öu ñieåm:
- Ñôn giaûn.
- Trôû löïc thaáp.
Nhöôïc ñieåm:
- Hieäu suaát thaáp.
- Ñoä oån ñònh keùm.
Thaùp maâm xuyeân lo.ã
- Hieäu suaát töông ñoái
cao.
- Hoaït ñoäng khaù oån
ñònh.
- Laøm vieäc vôùi chaát loûng
baån.
- Trôû löïc khaù cao.
- Yeâu caàu laép ñaët khaét
khe -> laép ñóa thaät
phaúng.
- Thieát bò naëng.
Thaùp maâm choùp.
- Hieäu suaát cao.
- Hoaït ñoäng oån ñònh.
- Caáu taïo phöùc taïp.
- Trôû löïc lôùn.
- Khoâng laøm vieäc vôùi
chaát loûng baån.
Nhaän xeùt: thaùp maâm xuyeân loã laø traïng thaùi trung gian giöõa thaùp cheâm vaø
thaùp maâm choùp. Neân ta choïn thaùp chöng caát laø thaùp maâm xuyeân loã.
Vaäy: Chöng caát heä Etanol - Nöôùc ta duøng thaùp maâm xuyeân loã hoaït ñoäng lieân
tuïc ôû aùp suaát thöôøng, caáp nhieät giaùn tieáp ôû ñaùy thaùp.
II . GIÔÙI THIEÄU SÔ BOÄ NGUYEÂN LIEÄU :
Nguyeân lieäu laø hoãn hôïp Etanol - Nöôùc.
http://www.ebook.edu.vn
ÑAMH Quaù Trình vaø Thieát Bò
6
GVHD : Vuõ Baù Minh
Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục
1 . Etanol: (Coøn goïi laø röôïu etylic , coàn eâtylic hay coàn thöïc phaåm).
Etanol coù coâng thöùc phaân töû: CH3-CH2-OH, khoái löôïng phaân töû: 46 ñvC. Laø chaát
loûng coù muøi ñaëc tröng, khoâng ñoäc, tan nhieàu trong nöôùc.
Moät soá thoâng soá vaät lyù vaø nhieät ñoäng cuûa etanol:
o
+ Nhieät ñoä soâi ôû 760(mmHg): 78.3 C.
3
+ Khoái löôïng rieâng: d420 = 810 (Kg/m ).
Tính chaát hoùa hoïc:
Taát caû caùc phaûn öùng hoaù hoïc xaûy ra ôû nhoùm hydroxyl (-OH) cuûa etanol laø
theå hieän tính chaát hoaù hoïc cuûa noù.
* Phaûn öùng cuûa hydro trong nhoùm hydroxyl:
+
CH3-CH2-OH
CH3-CH2-O + H
Haèng soá phaân ly cuûa etanol: K CH CH OH 10−18 , cho neân etanol laø chaát
3
2
trung tính.
+ Tính acid cuûa röôïu theå hieän qua phaûn öùng vôùi kim loaïi kieàm, 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 cuûa röôïu nhoû hôn tính acid cuûa
3
2
2
nöôùc, neân khi muoái Natri etylat tan trong nöôùc seõ bò thuyû phaân thaønh röôïu
trôû laïi.
+ Taùc duïng vôùi acid taïo ester: Röôïu etanol coù tính bazô töông ñöông vôùi
nöôùc. Khi röôïu taùc duïng vôùi acid voâ cô H2SO4, HNO3 vaø acid höõu cô ñeàu
taïo ra ester.
Laïnh
CH3-CH2-OH + HO-SO3-H
CH3-CH2O-SO3-H + H2O
H
+
CH3-CH2O-H + HO-CO-CH3
CH3-COO-C2H5 + H2O
* Phaûn öùng treân nhoùm hydroxyl:
+ Taùc duïng vôùi HX: CH3-CH2-OH + HX
CH3-CH2-X + H2O
+ Taùc duïng vôùi Triclo Phoát pho:
CH3-CH2-OH + PCl3
CH3-CH2-Cl + POCl + HCl
+ Taùc duïng vôùi NH3: CH3-CH2-OH + NH3
+ Phaûn öùng taïo eter vaø taùch loaïi nöôùc:
2CH3-CH2-OH
CH3-CH2-OH
H2SO4
o
>150 C
H2SO4
o
>150 C
(CH3-CH2)2O
CH2=CH2
http://www.ebook.edu.vn
ÑAMH Quaù Trình vaø Thieát Bò
+
Al2O3
o
t
+
C2H5-NH2 + H2O
H2O
H2O
7
GVHD : Vuõ Baù Minh
Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục
* Phaûn öùng hydro vaø oxy hoaù:
CH3-CH2-OH
Cu
o
200-300 C
CH3-CHO
+ H2
ÖÙng duïng: etanol coù nhieàu öùng duïng hôn metanol, noù ñoùng moät vai troø quan
troïng trong neàn kinh teá quoác daân. Noù laø nguyeân lieäu duøng ñeå saûn suaát hôn 150
maët haøng khaùc nhau vaø ñöôïc öùng duïng roäng raõi trong caùc ngaønh: coâng nghieäp
naëng, y teá vaø döôïc, quoác phoøng, giao thoâng vaän taûi, deät, cheá bieán goã vaø noâng
nghieäp.
+ Coâng nghieäp cao su toång
hôïp
+ Dung moâi höõu cô:pha sôn..
+ Nguyeân lieäu.
+ Röôïu muøi.
+ Daám.
+ Ñoäng löïc.
+ Thuoác tröø saâu.
Nhieân lieäu.
Etanol
+ Thuoác suùng khoâng khoùi.
+ Nhieân lieäu hoaû tieãn, bom bay.
+ Ñoà nhöïa.
+ Thuoác nhuoäm.
+ Tô nhaân taïo.
+ Keo daùn.
+ Höông lieäu.
+ Saùt truøng.
+ Pha cheá thuoác.
+ Sôn.
+ Vecni.
Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục
Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục
http://www.ebook.edu.vn
9
ÑAMH Quaù Trình vaø Thieát Bò
GVHD : Vuõ Baù Minh
Heä Etanol -Nöôùc
y(%mol)
100
90
80
Khoái löôïng rieâng d4 c
70
: 1
g / ml
60
50
40
30
20
Nöôùc ôû 760 mmHg:
x(%phaân mol)
0
5
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
y(%phaân mol)
0
33,2
44,2
53,1
57,6
61,4
65,4
69,9
75,3
81,8
89,8
100
o
100
90,5
86,5
83,2
81,7
80,8
80
79,4
79
78,6
78,4
78,4
t( C)
10
x(%mol)
0
0
10
20
tinh boät:
C6H6O6
30
40
50
2C2H5OH
60
70
80
+ 2CO2 + 28 Kcal
90
100
Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục
http://www.ebook.edu.vn
ÑAMH Quaù Trình vaø Thieát Bò
10
GVHD : Vuõ Baù Minh
III. COÂNG NGHEÄ CHÖNG CAÁT HEÄ ETANOL – NÖÔÙC:
0
Etanol laø moät chaát loûng tan voâ haïn trong H2O, nhieät ñoä soâi laø 78,3 C ôû
o
760mmHg, nhieät ñoä soâi cuûa nöôùc laø 100 C ôû 760mmHg : hôi caùch bieät khaù xa neân
phöông phaùp hieäu quaû ñeå thu etanol coù ñoä tinh khieát cao laø phöông phaùp chöng caát.
Trong tröôøng hôïp naøy, ta khoâng theå söû duïng phöông phaùp coâ ñaëc vì caùc caáu töû
ñeàu coù khaû naêng bay hôi, vaø khoâng söû duïng phöông phaùp trích ly cuõng nhö phöông
phaùp haáp thuï do phaûi ñöa vaøo moät khoa môùi ñeå taùch, coù theå laøm cho quaù trình phöùc
taïp hôn hay quaù trình taùch khoâng ñöôïc hoaøn toaøn.
* Sô ñoà qui trình coâng ngheä chöng caát heä Etanol – nöôùc:
Chuù thích caùc kí hieäu trong qui trình:
1 . Boàn chöùa nguyeân lieäu.
2 . Bôm.
3 . Boàn cao vò.
4 . Löu löôïng keá.
5 . Thieát bò trao ñoåi nhieät vôùi saûn phaåm ñaùy.
6 . Thieát bò gia nhieät nhaäp lieäu.
7 . Baåy hôi.
8 . Thaùp chöng caát.
9 . Nhieät keá.
10 . Aùp keá.
11 . Thieát bò ngöng tuï saûn phaåm ñænh.
12 . Noài ñun.
13 . Thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñænh.
14 . Boàn chöùa saûn phaåm ñænh.
15 . Boàn chöùa saûn phaåm ñaùy.
16 . Boä phaän phaân doøng.
Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục
http://www.ebook.edu.vn
ÑAMH Quaù Trình vaø Thieát Bò
11
GVHD : Vuõ Baù Minh
Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục
http://www.ebook.edu.vn
ÑAMH Quaù Trình vaø Thieát Bò
12
GVHD : Vuõ Baù Minh
* Thuyeát minh qui trình coâng ngheä:
Hoãn hôïp etanol – nöôùc coù noàng ñoä etanol 10% ( theo phaân mol), nhieät ñoä
0
khoaûng 28 C taïi bình chöùa nguyeân lieäu (1) ñöôïc bôm (2) bôm leân boàn cao vò (3).
Töø ñoù ñöôïc ñöa ñeán thieát bò trao ñoåi nhieät (5) ( trao ñoåi nhieät vôùi saûn phaåm ñaùy ).
Sau ñoù, hoãn hôïp ñöôïc ñun soâi ñeán nhieät ñoä soâi trong thieát bò gia nhieät(6)ù, hoãn hôïp
ñöôïc ñöa vaøo thaùp chöng caát (8) ôû ñóa nhaäp lieäu.
Treân ñóa nhaäp lieäu, chaát loûng ñöôïc troän vôùi phaàn loûng töø ñoaïn caát cuûa thaùp chaûy
xuoáng. Trong thaùp hôi, ñi töø döôùi leân gaëp chaát loûng töø treân xuoáng. ÔÛ ñaây, coù söï tieáp
xuùc vaø trao ñoåi giöõa hai pha vôùi nhau. Pha loûng chuyeån ñoäng trong phaàn chöng
caøng xuoáng döôùi caøng giaûm noàng ñoä caùc caáu töû deã bay hôi vì ñaõ bò pha hôi taïo neân
töø noài ñun (12) loâi cuoán caáu töû deã bay hôi.Nhieät ñoä caøng leân treân caøng thaáp, neân
khi hôi ñi qua caùc ñóa töø döôùi leân thì caáu töû coù nhieät ñoä soâi cao laø nöôùc seõ ngöng tuï
laïi, cuoái cuøng treân ñænh thaùp ta thu ñöôïc hoãn hôïp coù caáu töû etanol chieám nhieàu nhaát
(coù noàng ñoä 85% phaân mol). Hôi naøy ñi vaøo thieát bò ngöng tuï (11) vaø ñöôïc ngöng tuï
hoaøn toaøn. Moät phaàn chaát loûng ngöng tuï ñi qua thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñænh
0
(13), ñöôïc laøm nguoäi ñeán 35 C , roài ñöôïc ñöa qua boàn chöùa saûn phaåm ñænh (14).
Phaàn coøn laïi cuûa chaát loûng ngöng tuï ñöïôc hoaøn löu veà thaùp ôû ñóa treân cuøng vôùi tæ soá
hoaøn löu toái öu. Moät phaàn caáu töû coù nhieät ñoä soâi thaáp ñöôïc boác hôi, coøn laïi caáu töû
coù nhieät ñoä soâi cao trong chaát loûng ngaøy caøng taêng. Cuoái cuøng, ôû ñaùy thaùp ta thu
ñöôïc hoãn hôïp loûng haàu heát laø caùc caáu töû khoù bay hôi ( nöôùc). Hoãn hôïp loûng ôû ñaùy
coù noàng ñoä etanol laø 0,11 % phaân mol, coøn laïi laø nöôùc. Dung dòch loûng ñaùy ñi ra
khoûi thaùp vaøo noài ñun (12). Trong noài ñun dung dòch loûng moät phaàn seõ boác hôi cung
caáp laïi cho thaùp ñeå tieáp tuïc laøm vieäc, phaàn coøn laïi ra khoûi noài ñun ñöôïc trao ñoåi
nhieät vôùi doøng nhaäp lieäu trong thieát bò (5) (sau khi qua boàn cao vò).
Heä thoáng laøm vieäc lieân tuïc cho ra saûn phaåm ñænh laø etanol, saûn phaåm ñaùy sau
0
khi trao ñoåi nhieät vôùi nhaäp lieäu coù nhieät ñoä laø 60 C ñöôïc thaûi boû.
Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục
http://www.ebook.edu.vn
ÑAMH Quaù Trình vaø Thieát Bò
13
GVHD : Vuõ Baù Minh
CHÖÔNG II : CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT .
I . CAÙC THOÂNG SOÁ BAN ÑAÀU :
Naêng suaát nhaäp lieäu : GF = 1000 (Kg/h) .
Noàng ñoä nhaäp lieäu : xF = 10%mol etanol.
Noàng ñoä saûn phaåm ñænh : xD = 85%mol etanol .
Tyû leä thu hoài etanol : 99%.
Khoái löôïng phaân töû cuûa röôïu vaø nöôùc : MR =46 , MN =18 .
Choïn :
o
+ Nhieät ñoä nhaäp lieäu : t’F =28 C .
o
+ Nhieät ñoä saûn phaåm ñænh sau khi laøm nguoäi : t’D =35 C .
o
+ Nhieät ñoä saûn phaåm ñaùy sau khi trao ñoåi nhieät : t’W = 35 C .
+Traïng thaùi nhaäp lieäu laø traïng thaùi loûng soâi .
Caùc kí hieäu :
+ GF , F : suaát löôïng nhaäp lieäu tính theo Kg/h , Kmol/h .
+ GD , D : suaát löôïng saûn phaåm ñænh tính theo Kg/h , Kmol/h .
+ GW ,W : suaát löôïng saûn phaåm ñaùy tính theo Kg/h , Kmol/h .
+ xi , xi : phaân mol , phaân khoái löôïng cuûa caáu töû i .
II . XAÙC ÑÒNH SUAÁT LÖÔÏNG SAÛN PHAÅM ÑÆNH VAØ SAÛN PHAÅM
ÑAÙY :
F=D+W
(II.1)
Caân baèng vaät chaát cho toaøn thaùp :
x
=22,12%(theo
khoá
i
löôï
n
g
).
Caân baèng caáuFtöû etanol (caáu töû nheï) : F.xF = D.xD + W.xW (II.2)
F.xF . D.xD
(II.3)
Tyû leä thu hoài (99%) :
Vôùi : * Phaân mol nhaäp lieäu : xF = 0,10 (phaân mol etanol ).
46.x F
46.xF (1 xF ).18
Khoái löôïng phaân töû trung bình doøng nhaäp lieäu :
MF = 46.xF (1 xF ).18 = 20,8 (Kg/Kmol).
F=
GF
= 1000 =48,077 (Kmol/h)
20.8
MF
* Phaân mol saûn phaåm ñænh : xD =0,85 (phaân mol etanol) .
Khoái löôïng phaân töû trung bình doøng saûn phaåm ñænh :
MD = 46.xD (1 xD ).18 =41,8 (Kg/Kmol).
Giaûi 3 phöông trình (II.1),(II.2),(II.3),ta coù :
Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục
http://www.ebook.edu.vn
ÑAMH Quaù Trình vaø Thieát Bò
14
GVHD : Vuõ Baù Minh
D = 5,600 (Kmol/h)
W = 42,477 (Kmol/h)
xW = 0,0011 (phaân mol etanol )
Suy ra , khoái löôïng phaân töû trung bình doøng saûn phaåm ñaùy :
MW = 46.xW (1 xW ).18 = 18,032 (Kg/Kmol).
III . XAÙC ÑÒNH TÆ SOÁ HOAØN LÖU THÍCH HÔÏP:
1 . Tæ soá hoaøn löu toái thieåu:
Tæ soá hoaøn löu toái thieåu laø cheá ñoä laøm vieäc maø taïi ñoù öùng vôùi soá maâm lyù thuyeát
laø voâ cöïc .Do ñoù ,chi phí coá ñònh laø voâ cöïc nhöng chi phí ñieàu haønh (nhieân lieäu
,nöôùc vaø bôm…) laø toái thieåu .
Do ñoà thò caân baèng cuûa heä Etanol-Nöôùc coù ñieåm uoán ,neân xaùc ñònh tæ soá hoaøn
löu toái thieåu baèng caùch :
+Treân ñoà thò caân baèng y-x ,töø ñieåm (0,85;0,85) ta keû moät ñöôøng thaúng tieáp
tuyeán vôùi ñöôøng caân baèng taïi ñieåm uoán , caét truïc Oy taïi ñieåm coù yo = 0,26 .
+Theo phöông trình ñöôøng laøm vieäc ñoaïn caát , khi xo =0 thì
yo =
xD
Rmin 1
=0,26
Vaäy : tæ soá hoaøn löu toái thieåu : Rmin = 2,269
2. Tæ soá hoaøn löu thích hôïp:
Khi R taêng, soá maâm seõ giaûm nhöng ñöôøng kính thaùp ,thieát bò ngöng tuï ,noài ñun
vaø coâng ñeå bôm cuõng taêng theo.Chi phí coá ñònh seõ giaûm daàn ñeán cöïc tieåu roài taêng
ñeán voâ cöïc khi hoaøn löu toaøn phaàn ,löôïng nhieät vaø löôïng nöôùc söû duïng cuõng taêng
theo tæ soá hoaøn löu .
Toång chi phí bao goàm : chi phí coá ñònh vaø chi phí ñieàu haønh . Tæ soá hoaøn löu
thích hôïp öùng vôùi toång chi phí laø cöïc tieåu .
Tuy nhieân ,ñoâi khi caùc chi phí ñieàu haønh raát phöùc taïp ,khoù kieåm soaùt neân ngöôøi
ta coù theå tính tæ soá hoaøn löu thích hôïp töø ñieàu kieän thaùp nhoû nhaát .Ñeå tính ñöôïc tæ soá
hoaøn löu thích hôïp theo ñieàu kieän thaùp nhoû nhaát (khoâng tính ñeán chi phí ñieàu
haønh),ta caàn laäp moái quan heä giöõa tæ soá hoaøn löu vaø theå tích thaùp ,töø ñoù choïn Rth
öùng vôùi theå tích thaùp laø nhoû nhaát.
Nhaän thaáy ,tieát dieän thaùp tæ leä vôùi löôïng hôi ñi trong thaùp ,maø löôïng hôi laïi tæ leä
vôùi löôïng loûng hoài löu trong thaùp ,do trong ñieàu kieän laøm vieäc nhaát ñònh thì GD seõ
khoâng ñoåi neân löôïng loûng hoài löu seõ tæ leä vôùi (R+1) ,do ñoù , tieát dieän thaùp seõ tæ leä
vôùi (R+1). Ngoaøi ra ,chieàu cao thaùp tæ leä vôùi soá ñôn vò chuyeån khoái mox hay soá maâm
lyù thuyeát Nlt .Cho neân ,theå tích laøm vieäc cuûa thaùp tæ leä vôùi tích soá mox*(R+1) .Nhö
vaäy, ta coù theå thieát laäp quan heä giöõa R vaø Vthaùp theo quan heä R vaø mox*(R+1) .Töø
Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục
http://www.ebook.edu.vn
15
ÑAMH Quaù Trình vaø Thieát Bò
GVHD : Vuõ Baù Minh
hoaøn löu thích hôïp R .
ñoà thò cuûa qua
R
2.496
2.723
2.973
3.023
m cöïc tieåu cuûa m
170
mox
47.818
37.733
32.801
33.545
n heä naøy ,ta xaùc ñònh ñöôïc ñieå
mox*(R+1)
167.173
140.480
130.320
134.952
ox*(R+1)
öùng vôùi tæ soá
R*(mox +1)
160
150
140
130
R
120
2.00
2.50
Vaäy : Tæ soá hoaøn löu thích hôïp laø R= 2,973 .
3.00
3.50
IV . PHÖÔNG TRÌNH ÑÖÔØNG LAØM VIEÄCSOÁ MAÂM LYÙ THUYEÁT:
1 . Phöông trình ñöôøng noàng ñoä laøm vieäc cuûa ñoaïn caát :
y=
xD
R. .x
= 2,973 .x 0,85
2,973
2,973 1
R
R 1
1
1
=0,7483 .x + 0.2139
2 . Phöông trình ñöôøng noàng ñoä laøm vieäc cuûa ñoaïn chöng :
R f
f 1
2,973 8,586
8,586 1
.x .xW =
.x
.0,0011
R 1
R
2,973 1
2,973
F 1
1
= 8,586 : chæ soá nhaäp lieäu .
= 2,9094 .x– 0.0022
.
xD 0,85
Vôùi : f = D
y=
xF
0,1.0,
99
3 . Soá maâm lyù thuyeát :
Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục
Ñoà thò xaùc ñònh soá maâm lyù thuyeát :(Xem hình ôû trang sau ).
http://www.ebook.edu.vn
ÑAMH Quaù Trình vaø Thieát Bò
16
GVHD : Vuõ Baù Minh
Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục
http://www.ebook.edu.vn
17
ÑAMH Quaù Trình vaø Thieát Bò
GVHD : Vuõ Baù Minh
Töø ñoà thò ,ta coù : 29 maâm bao goàm :
19 maâm caát
1 maâm nhaäp lieäu
5 maâm chöng(4 maâm chöng+1 noài ñun)
Toùm laïi ,soá maâm lyù thuyeát laø Nlt = 28 maâm .
V . XAÙC ÑÒNH SOÁ MAÂ M THÖÏ C TEÁ :
Soá maâm thöïc teá tính theo hieäu suaát trung bình :
N tt
N lt
ηtb
trong ñoù: tb : hieäu suaát trung bình cuûa ñóa, laø moät haøm soá cuûa ñoä bay hôi töông
ñoái vaø ñoä nhôùt cuûa hoãn hôïp loûng : = f( ,).
Ntt : soá maâm thöïc teá.
*
y m lyù
1 thuyeá
x t.
Nlt : soá maâ
*
x
1 y
Xaùc ñònh hieäu suaá t trung bình cuûa thaùp tb :
+ Ñoä bay töông ñoái cuûa caáu töû deã bay hôi :
α
Vôùi : x :phaân mol cuûa röôïu trong pha loûng .
*
y :yphaâ
röôïu trong
pha hôi caân baèng vôùi pha loûng.
F n1 mol
1 0,10
x F cuûa 0,442
αF *
+
= 7,129
* Taïi vò trí nhaäp lieäu :
xF = 0,10 ta tra ñoà thò caân baèng cuûa heä : y*F = 0,442
o
tF = 86,5 C
.
*
1 y F x F
1 0,442 0,10
o
+ Töø xF 22,12% vaø tF = 86,5 C ,tra taøi lieäu tham khaûo [4(taäp 1) – trang
-6
-3
2
107] : F =43.10 .9,81 = 0,422.10 (N.s/m )
= 0,422 (cP)
Suy ra : F . F = 7,129.0,422 =3,007
Tra taøi lieäu tham khaûo [4(taäp 2) – trang 171] : F = 0,395
* Taïi vò trí1maâ
W ñaùy :
y m
xW = 0,0011 ta tra ñoà thò caân baèng cuûa heä : y*W = 0,018
o
tW = 100 C
*
1 x
1 0,0011
+ α W y W* W 0,018 .
= 16,177
+ Töø xW
1 0,018 0,0011
xW
o
46.xW
0,29% vaø tW = 100 C ,tra taøi lieäu tham
46.xW (1 xW ).18
Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục
khaûo [4(taäp 1) – trang 107] :
http://www.ebook.edu.vn
18
ÑAMH Quaù Trình vaø Thieát Bò
GVHD : Vuõ Baù Minh
-6
-3
2
W =25.10 .9,81= 0,245.10 (N.s/m )
= 0,245 (cP)
Suy ra : W . W = 16,177.0,245 = 3,967
Tra taøi lieäu tham khaûo [4(taäp 2) – trang 171] : W = 0,365
*Taïi vò trí maâm1 ñænh
:
y D x D
xD = 0,85 ta tra ñoà thò caân baèng cuûa heä : y*D = 0,856
o
tD = 78,5 C
y*D 1 x D
+ αD
*
+ Töø xD
0,856 1 0,85
.
= 1,049
1 0,856
0,85
46.xD
46.xD (1 xD ).18
o
93,5% vaø tD = 78,5 C ,tra taøi lieäu tham
khaûo [4(taäp 1) – trang 107] :
-6
-3
2
D =51.10 .9,81= 0,500.10 (N.s/m )
= 0,500 (cP) W D 0,395 0,365 0,600
Suy ratb: =D . FD = 1,049.0,500
= 0,525
Tra taøi lieäu tham khaûo [4(taäp 2) – trang 171] : D = 0,600
Suy ra: hieäu suaát trung bình cuûa thaùp :
Ntt
=52,55 maâm
3
3
Soá maâm thöïc teá cuûa thaùp Ntt :
28
0,4567
Vaäy choïn Ntt = 53 maâm , goàm : 42 maâm caát
1 maâm nhaäp lieäu
10 maâm chöng
0,4567
Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục
http://www.ebook.edu.vn
19
ÑAMH Quaù Trình vaø Thieát Bò
GVHD : Vuõ Baù Minh
CHÖÔNG III :TÍNH TOAÙN –THIEÁT KEÁ THAÙP
CHÖNG CAÁT .
I . ÑÖÔØNG KÍNH THAÙP :(Dt)
Dt
4Vtb
gtb
0,0188
π.3600.ωtb
( y .ω y )tb
(m)
3
Vtb :löôïng hôi trung bình ñi trong thaùp (m /h).
tb :toác ñoä hôi trung bình ñi trong thaùp (m/s).
gtb : löôïng hôi trung bình ñi trong thaùp (Kg/h).
Löôïng hôi trung bình ñi trong ñoaïn chöng vaø ñoaïn caát khaùc nhau.Do ñoù,
gtbñoaï
ñöôøng kính
vaø ñoaïn caát cuõng khaùc nhau .
n chöng (Kg/h)
1. Ñöôøng kính ñoaïn caát :
a . Löôïn g hôi trung bình ñi trong thaùp :
g d g1
2
gd : löôïng hôi ra khoûi ñóa treân cuøng cuûa thaùp (Kg/h).
g1 : löôïng hôi ñi vaøo ñóa döôùi cuøng cuûa ñoaïn caát (Kg/h).
Xaùc ñònh gd : gd = D.(R+1) =5,600.(2,973+1) = 22,247 (Kmol/h)
= 933,662(Kg/h)
(III.1)
g1.y1 G1.x1 D.xD
(Vì MthD =46.yD+(1-yD).18 = 41,968 Kg/Kmol).
Xaùc ñònhg1 : Töø heä phöông trình :
g1 G1 D
g1.r1 g d .rd
Vôùi : G1 : löôïng loûng ôû ñóa thöù nhaát cuûa ñoaïn caát .
r1 : aån nhieät hoaù hôi cuûa hoãn hôïp hôi ñi vaøo ñóa thöù nhaát cuûa ñoaïn caát
rd : aån nhieät hoaù hôi cuûa hoãn hôïp hôi ñi ra ôû ñænh thaùp .
o
* Tính r1 : t1 = tF = 86,5 C , tra taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)] ta coù :
Aån nhieät hoaù hôi cuûa nöôùc : rN1 = 41280 (KJ/kmol) .
Aån nhieät hoaù hôi cuûa röôïu : rR1 = 37395 (KJ/kmol) .
Suy ra : r1 = rR1.y1 + (1-y1).rN1 = 41280 – 3885.y1 (KJ/kmol)
o
* Tính rd : tD = 78,5 C , tra taøi lieäu tham khaûo IV (taäp 1) ta coù :
Aån nhieät hoaù hôi cuûa nöôùc : rNd = 41628 (KJ/kmol) .
Aån nhieät hoaù hôi cuûa röôïu : rRd = 37988 (KJ/kmol) .
Suy ra : rd = rRd.yD + (1-yD).rNd =37988.0,856 + (1- 0,856).41628
= 38512,16 (KJ/kmol)
- Xem thêm -