Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
Phần 1 : MỞ ĐẦU
I.Lý thuyết về chưng luyện
Chưng là phương pháp dùng để tách các hỗn hợp chất lỏng cũng như các hỗn hợp
khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong
hỗn hợp ,nghĩa là khi ở cùng một nhiệt độ thì áp suất hơi của các cấu tử khác nhau.
Khi chưng ta thu được nhiều sản phẩm và thường bao nhiêu cấu tử sẻ có bấy nhiêu
sản phẩm .Đối với trưòng hợp hỗn hợp chưng chỉ gồm hai cấu tử thì sản phẩm đỉnh gồm
cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi bé còn sản phẩm đáy
gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi lớn.
Trong sản xuất có rất nhiều phương pháp chưng như chưng đơn giản ,chưng bằng hơi
nước trực tiếp ,chưng chân không và chưng luyện .Tùy thuộc vào điều kiện sẵn có , tính
chất hỗn hợp , yêu cầu về độ tinh khiết sản phẩm mà ta chọn phương pháp chưng cho
thích hợp .
- Chưng đơn giản dùng để tách các hỗn hợp gồm các cấu tử có độ bay hơi rất khác
nhau .Phương pháp này thường dùng để tách sơ bộ và làm sạch cấu tử khỏi tạp chất.
- Chưng bằng hơi nước trực tiềp dùng tách các hỗn hợp gồm các chất khó bay hơi và
tạp chất không bay hơi ,thường dùng trong trường hợp chất được tách không tan
vào nước
- Chưng chân không dùng trong trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi cấu tử .Ví dụ
như trường hợp các cấu tử trong hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao hay trường
hợp các cấu tử có nhiệt độ sôi quá cao.
- Chưng luyện là phương pháp phổ biến nhất để tách hoàn toàn hỗn hợp các cấu tử dễ
bay hơi có tính chất hòa tan một phần hoặc hòa tan hoàn toàn vào nhau.
Chưng luyện ở áp suất thấp dùng cho các hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao và
hỗn hợp có nhiệt độ sôi cao.
Chưng luyện ở áp suất cao dùng cho các hỗn hợp không hóa lỏng ở áp súât thường.
Chưng luyện ở áp suất thường (áp suất khí quyển ) dùng cho hỗn hợp không thuộc
các trường hợp trên.
Người ta tiến hành chưng luyện hỗn hợp cần chưng trong tháp chưng luyện ,tháp
gồm nhiều đĩa ,trên mỗi đĩa xảy ra quá trình chuyển khối giữa pha lỏng và pha hơi. Hơi

0
C µ = 0,6.10
3
N.s/m
2
=0,6 cp
-Hệ số dẫn nhiệt ở 20
0
C λ = 0,179kcal/m.h.độ = 0,2082 W/m.độ
-Nhiệt dung riêng ở 20
0
C C
P
= 2570 J/kg.độ
-Nhiệt hóa hơi r = 262,79 kcal/kg ở 64,5
0
C
-Nhiệt độ nóng chảy t
nc
= -97,8
0
C
2.Tính chất hóa học:
Rượu mêtylic có công thức phân tử : CH
3
OH H
công thức cấu tạo : H - C - O - H
H
phân tử lượng : 32 đvC
Trong phân tử rượu mêtylic có 3 loại liên kết : C - H , C - O , O - H ,trong đó hai

0
C
- Nhiệt dung riêng C
P
= 0,99892 kcal/kg.độ ở 25
0
C
- Nhiệt hóa hơi ở áp suất khí quyển r = 540 kcal/kg
- Nước có công thức phân tử H
2
O ,công thức cấu tạo H-O-H
Trang 2
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
- Nước là hợp chất phân cực mạnh, có thể hòa tan nhiều chất rắn ,lỏng ,khí
- Nước cần thiết cho sinh hoạt hằng ngày ,sản xuất nông nghiệp ,công nghiệp , xây
dựng , giao thông vận tải.
- Nước dùng để điều chế oxy.
IV.Ưu ,khuyết điểm của phương pháp chưng đĩa chóp :
Ưu điểm:Tách được sản phẩm có độ tinh khiết cao,dễ khống chế quá trình,bề mặt
tiếp xúc pha tương đối lớn ,trở lực không cao.
Khuyết điểm:Tiếp xúc pha không liên tục, cấu tạo phúc tạp.
V.Dây chuyền công nghệ:
Thiết kế như hình vẽ.
Hỗn hợp đầu từ bể chứa 1 được bơm 2 bơm lên thùng cao vị 3rồi theo ống dẫn qua
van điều chỉnh lưu lượng 5 (điều chỉnh lượng hỗn hợp đầu vào tháp) đến thiết bị đun sôi
hỗn hợp đầu 6 .Sự có mặt của thùng cao vị đảm bảo cho lượng hỗn hợp đầu vào tháp
không dao động ,trong trường hợp công suất bơm quá lớn hỗn hợp đầu sẽ theo ống tuần
hoàn 4 tràn về bể chứa hỗn hợp đầu .Thiết bị đun sôi 6 là thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm
với tác nhân nóng là hơi nước bão hòa . Ra khỏi thiết bị đun sôi ,hỗn hợp đầu ở nhiệt độ
sôi đi vào tháp 7 ở đĩa nạp liệu .

x
F
: nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu.
x
P
: nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong trong sản phẩm đỉnh
x
W
: nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy
Cấu tử dễ bay hơi A: rượu metylic , cấu tử khó bay hơi B : nước.
Trang 3
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
Chương I: TÍNH SỐ ĐĨA
I.Tính lượng hỗn hợp :
1.Nồng độ phần mol:
x
A
=
B
B
A
A
A
A
M
a
M
a
M
a

P
+ W.x
W

(2)
Từ (1) và (2) suy ra:
wP
xx
F
−
=
wF
xx
P
−
=
FP
xx
W
−
Vậy lượng sản phảm đỉnh là:
P = F.
wP
wF
xx
xx
−
−
= 2000.
0113,0965,0

).M
B
= 0,2564.32 + 0,7436.18 = 21,5896 (g)
Lượng hỗn hợp đầu tính theo Kmol/h là:
F =
5896,21
2000
= 92,637 (Kmol/h)
Lượng sản phẩm đỉnh tính theo Kmol/h là:
F = F.
wP
wF
xx
xx
−
−
= 92,637.
0113,0965,0
0113,02564,0
−
−
=23,808 (Kmol/h)
Trang 4
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
Lượng sản phẩm đáy tính theo Kmol/h là:
W = F.
wP
FP
xx
xx

0
C ,của sản phẩm đỉnh t
s
P
= 65,5
0
C ,của sản phẩm đáy t
s
W
= 97
0
C .
Chỉ số hồi lưu tối thiểu được xác định bằng công thức :
R
xmin
=
F
F
F
P
xy
yx
−
−
*
*

=
2564,064,0
64,0965,0

X
thích hợp .
R
Xopt
= 1,6
Từ R
X
thích hợp ,vẽ lại đường nồng độ làm việc đoạn chưng và đoạn luyện và xác
định được số đĩa lý thuyết.
N
lt
= 14 (đĩa) (4 đĩa chưng và 10 đĩa luyện).
3.Phương trình đường nồng độ làm việc:
Trang 5
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
Đoạn chưng :
x =
w
XX
X
x
RL
L
y
LR
R
.
1
.
1

Đoạn luyện:
x =
1
.
1 +
+
+
X
P
X
X
R
x
x
R
R
=
16,1
965,0
.
16,1
6,1
+
+
+
x
= 0,615.x + 0,371
4.Xác định số đĩa thực tế :
Số đĩa thực tế được xác định theo công thức :
N

1
,µ
2
là độ nhớt hai cấu tử.
η= η
tb
=
.(
3
1
η
1
+ η
2
+ η
3
)
Với η
1
là hiệu suất ứng với đĩa trên cùng
η
2
là hiệu suất ứng với đĩa tiếp liệu
η
3
là hiệu suất ứng với đĩa cuối cùng
*Ứng với đĩa tiếp liệu :
Độ bay hơi:
α
F

F
=
OHFOHCHF
xx
23
lg).1(lg
µµ
−+
= 0,2564.lg0,33 + (1 - 0,2564).lg0,3202 = -0,491
=> µ
F
= 0,323 (Cp)
Trang 6
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
Tích µ
F
.α
F
= 0,323.5,156 = 1,665 .Tra đồ thị hình IX.11 trang 171Sổ tay
QT&TB CN Hóa học Tập 2 ta được hiệu suất của đĩa tiếp liệu η
2
= 44 %.
*Ứng với đĩa trên cùng :
Độ bay hơi :
α
P
=
777,1
965,0
965,01

23
lg).1(lg
µµ
−+
= 0,965.lg0,49 + (1 - 0,965).lg0,4324 = -0,3117
=> µ
P
= 0,488 (Cp)
Tích µ
F
.α
F
= 0,488.1,777 = 0,88 .Tra đồ thị hình IX.11 trang 171Sổ tay
QT & TB CN Hóa học Tập 2 ta được hiệu suất của đĩa trên cùng η
1
= 50 %.
*Ứng với đĩa cuối cùng:
Độ bay hơi:
α
W
=
608,7
0113,0
0113,01
.
08,01
08,01
.
1
=

W
= 0,293 (Cp)
Tích µ
F
.α
F
= 0,293.7,608 = 2,23 .Tra đồ thị hình IX.11 trang 171 Sổ tay
QT & TB CN Hóa học Tập 2 ta được hiệu suất của đĩa trên cùng
η
3
= 40 %.
Vậy hiệu suất trung bình:
η
tb
=
3
1
(η
1
+ η
2
+ η
3
) =
3
1
(44 + 50 + 40) = 44,667 (%)
Số đĩa thực tế là :
N
tt

V
ωπ
.3600.
.4
, m
Hoặc D = 0,0188.
tbyy
tb
g
).(
ωρ
, m
Trong đó : V
tb
- lượng hơi trung bình đi trong tháp , m
3
/h
ω
tb
- tốc độ hơi trung bình đi trong tháp , m/s
g
tb
- lượng hơi trung bình đi trong tháp ,kg/h
(ρ
y
.ω
y
)
tb
- tốc độ hơi trung bình đi trong tháp , kg/m

+1) công thức IX .92 trang 181 Sổ tay QTTB tập
2.
Với G
R
: lượng lỏng hồi lưu , kg/h
G
P
: lượng sản phẩm đỉnh, kg/h
R
X
: chỉ số hồi lưu
= > g
đ
= 514(1,6+1) = 1 336,4 kg/h
Lượng hơi đi vào đĩa đầu tiên của đoạn luyện được xác định theo hệ phương trình
cho ở trang 173 Sổ tay QTTB tập 2 :





=
+=
+=
dd
PP
P
rgrg
xGxGyg
GGg

1
+(1-y
1
).r
b

r
đ
= r
a
.y
1
+(1-y
đ
).r
b
r
a
, r
b
:ẩn nhiệt hóa hơi của rượu metylic và nước .
y
đ
= a
P
= 0,98 phần khối lượng .
*Tính r
1
: hỗn hợp đầu vào tháp ở 89
0

aaa
rrr
kcal/kg
40
12
−=−=∆
bbb
rrr
kcal/kg
Cttt
0
12
4060100 =−=−=∆
= >
575,0
40
23
−=−=
∆
∆
b
r
a
kcal/kg.độ
1
40
40
−=−=
∆
∆

60
+
55029579)6089.( =−=−
∆
∆
t
r
b
kcal/kg
Vậy r
1
= r
a
.y
1
+(1-y
1
).r
b
= 248,325.y
1
+ (1-y
1
).550
= 550 - 301,675.y
1

*Tính r
đ
:hơi đi ra khỏi đỉnh tháp ở nhiệt độ 65,5

đ
= r
a
.y
đ
+ (1- y
đ
).r
b
= 261,84.0,98 +(1-0,98).573,5
= 268,07 kcal/kg
Vậy ta có hệ phương trình :







−=
==
+=
+=
11
11
111
11
.675,301550
748,35824807,268.4,1336.
98,0.51438.0

g
tb
=
hkg
gg
d
/47,1186
2
54,10364,1336
2
1
=
+
=
+
-Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện :
Trang 9
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
G
tb
=
hkg
GRGGG
XPR
/47,672
2
54,5226,1.514
2
.
2

+(1- y
tb
).M
B
= 0,73.32 + (1-0,73).18 = 28,22 đvC
2.Tốc độ hơi trung bình đi trong đoạn luyện :
(ρ
y
ω
y
)
tb
= 0,065ϕ[σ].
ytbxtb
h
ρρ

,kg/m
2
.s - Công thức IX.105 trang
184 Sổ tay QTTB tập 2.
ρ
xtb
,ρ
ytb
:khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi tính theo nhiệt độ
trung bình , kg/m
3
.
h : khoảng cách các đĩa trong tháp,m,với giá trị h được chọn theo đường kính tháp .

Ơ 80
0
c : σ
a2
= 17,6 dyn/cm (metylic)
σ
b2
= 62,6 dyn/cm (nước)
= >
7,1
12
−=−=∆
aaa
σσσ
dyn/cm
6,3
12
−=−=∆
bbb
σσσ
dyn/cm
Cttt
0
12
206080 =−=−=∆
=>
085,0
20
7,1
−=−=

t
a
σ
= 19,3 - 0,085(77,25 -60) = 17,83 dyn/cm
σ
b
77,25
= σ
b1
60
+
095,63)6025,77(18,02,66)6025,77( =−−=−
∆
∆
t
b
σ
dyn/cm
Sức căng bề mặt của hỗn hợp được xác định theo công thức I.76 trang 299 Sổ tay
QTTB tập 1:
Trang 10
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
bahh
σσσ
111
+=

= >
9,13
.

C : ρ
a2
= 736 kg/m
3
(metylic)
ρ
b2
= 972 kg/m
3
(nước)
= >
20
12
−=−=∆
aaa
ρρρ
kg/m
3
11
12
−=−=∆
bbb
ρρρ
kg/m
3
Ct
0
206080 =−=∆
= >
1

=−=−
∆
∆
+=
t
a
aa
ρ
ρρ
kg/m
3
( )
5,97325,17.55,09836025,77
6025,77
=−=−
∆
∆
+=
t
b
bb
ρ
ρρ
kg/m
3
Khối lượng riêng của hỗn hợp được tính theo công thức I.2 trang 5 Sổ tay QTTB tập 1:
b
b
a
a

hh
ρ

ρ
hh
= 800,6 kg/m
3
ρ
xTB
= ρ
hh
=800,6 kg/m
3
Khối lượng riêng của pha hơi xác định theo công thức I. 3 trang 5 Sổ tay QTTB tập
1:
0
.
.273
.
4,22 pT
pM
yTB
=
ρ
, p = p
0
= 1
Trang 11
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
982,0

1.Lượng hơi trung bình trong đoạn chưng g’
tb
có thể xem gần đúng bằng trung bình
cộng lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng g’
n
và lưọng hơi đi vào đoạn chưng g’
1
:
g’
tb
=
2
''
1
gg
n
+
, kg/h - Công thức IX.96 trang 183 Sổ tay QTTB tập 2.
Vì lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện nên
g’
n
= g
1
= 1036,54 kg/h
Luợng hơi đi vào đọan chưng g’
1
, luợng lỏng G’
1
và hàm lượng lỏng x’
1

chưng ,được tính theo công thức :
r’
1
= r
a
.y’
1
+ (1-y’
1
).r
b

với y’
1
= y
W
là thành phần cấu tử dễ bay hơi (metylic) trong pha hơi cân bằng với
pha lỏng trong sản phẩm đáy .Dựa vào đồ thị đường cân bằng (H.1) ứng với x
W
= 0,0113
ta có y
W
= 0,08 phần mol ứng với phần khối lượng :
y’
1
=
134,0
18.92,032.08,0
32.08,0
=

60
+
54237579)6097( =−=−
∆
∆
t
r
b
kcal/kg
= > r’
1
= r
a
97
.y’
1
+ (1-y’
1
).r
b
97
= 243,75.0,134 + (1-0,134).542 = 502,23 kcal/kg
Thay r’
1
, g
1
, r
1
vào (3) :
g’

1
+
=
+
Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn chưng :
G’
tb
=
hkg
GG
/07,1361
2
6,219954,522
2
'
11
=
+
=
+
Thành phần hơi trung bình đi trong đoạn chưng :
y’
tb
=
2
''
1 n
yy +
với y’
n


(ρ’
y
ω’
y
)
tb
=0,065ϕ[σ].
ytbxtb
h '.'.
ρρ

ρ’
xtb
,ρ’
ytb
: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi tính theo nhiệt độ
trung bình , kg/m
3
h : khoảng cách các đĩa trong đoạn chưng ,giá trị của h chọn theo đường kính tháp .
ϕ[σ] :hệ số tính đến sức căng bề mặt
*Tính ϕ[σ] ở nhiệt độ trung bình đoạn chưng t
tb
=
C
tt
æF
0
93
2

1
93
=−=−
∆
∆
+=
σ
σσ
cmdyn
t
b
bb
/195,6013.185,06,62)8093(
80
1
93
=−=−
∆
∆
+=
σ
σσ
Sức căng bề mặt của hỗn hợp :
Trang 13
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
bahh
σσσ
111
+=
= >

, ρ
b2
100
= 958 kg/m
3
Bằng phương pháp nội suy ta có :
3
80
1
93
/7,72113.1,1736)8093( mkg
t
a
aa
=−=−
∆
∆
+=
ρ
ρρ
3
80
1
93
/9,96213.7,0972)8093( mkg
t
b
bb
=−=−
∆

æF
xx
, x
b
= 1- x
a
= 0,8 phần khối luợng
= > ρ
hh
= 902,53 kg/m
3
= ρ
xt
Khối lượng riêng của pha hơi :
3
/744,0
93273
273
.
4,22
'
mkg
M
hh
ytb
=
+
=
ρ
Vậy tốc độ trung bình của hơi trong đoạn chưng :

Q
f
là nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào thiết bị đun sôi hỗn hợp.
Trang 14
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
Q
F
là nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra khỏi thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu.
Q
m
là nhiệt lượng do mất mát .
Q
y
là nhiệt lượng do hơi mang ra khỏi tháp chưng
Q
R
là nhiệt lượng do lượng hồi lưu mang vào tháp .
Q
h
là nhiệt lượng do hơi mang ra khỏi thiết bi ngưng tụ hồi lưu.
Q
D2
là nhiệt lượng do hơi đốt đun sôi ở đáy tháp mang vào .
I.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu :
Q
D1
+ Q
f
= Q
F

1
= 440 Kcal/kg = 1842,2 KJ/kg.
2.Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu Q
f
:
Q
f
= F.C
f
.t
f
, J/h. -Công thức I X.151 trang 196 Sổ tay QTTB tập 2.
Với C
f
: nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu ,J/kg.độ
t
f
: nhiệt độ đầu của hỗn hợp , xét ở 25
0
C .
Ta có : C
f
= a
A
.C
A
+ (1-a
A
).C
B

25
= C
A
20
+
kgdoJ
CC
AA
/25795.52570)2025(
2040
2040
=+=−
−
−

*Nhiệt dung riêng của nước ở 25
0
C :
Tra bảng I.147 trang 165 Sổ tay QTTB tạp 1 ta có nhiệt dung riêng của nước ở 25
0
C
là C
B
25
= 0,99892 kcal/kg.độ = 4182,3 J/kg.độ
Vậy C
f
= 0,3.2595 + (1-0,3).4182,3 = 3706,11 J/kg.độ
Q
f

B

C
A
,C
B
:nhiệt dung riêng của metylic và nước ở 89
0
C .
Tra bảng nhiệt dung riêng và theo phương pháp nội suy ta có :
Nhiệt dung riêng của metylic ở 89
0
C :
C
A
89
= C
A
80
+
kgdoJ
CC
AA
/25,29079.
20
28602965
2860)8089(
80100
80100
=

= Q
F
+ 0,05.Q
D1

= > Q
D1
=
hkJ
QQ
fF
/3,520127
95,0
=
−
= > Q
m
= 0,05.520127,3 = 26006,4kJ/h
5.Lượng hơi đốt cần dùng để đun sôi hỗn hợp đầu :
Q
D1
= D
1
.r
1
= > D
1
=
hKg
r

R
.P.R
X
.t
R
,J/h - Công thức IX.158 Sổ tay QTTB tập 2
Với R
X
: chỉ số hồi lưu , R
X
= 1,6
P : lượng sản phẩm đỉnh, P = 514 kg/h
t
R
: nhiệt độ lỏng hồi lưu ,t
R
= t
F
= 65,5
0
C
C
R
: nhiệt dung riêng của lỏng hồi lưu,
C
R
= a
P
.C
A

−
−
AA
CC
=
dokgJ ./5,2787)605,65(
20
27602860
2760 =−
−
+
C
B
65,5
=
kgdoKcal
CC
BB
/00072,1
2
00079,100065,1
2
6665
=
+
=
+
=4189,8 J/kg.độ
Vậy Q
R

C là :
C
B
97
= 1,00684 kcal/kg.độ = 4215,44 J/kg.độ
Do sản phẩm đáy có nồng độ metylic a
W
= 0,02 < 0,2 nên nhiệt dung riêng của sản
phẩm đáy được tính theo công thức I.43 trang 152 Sổ tay QTTB tập 1 :
C
W
= C
B
97
(1-a
W
) = 4215,44.(1-0,02) = 4131,13 J/kg.độ
Vậy nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra :
Q
W
= 1486.4131,13.97 = 595469,5 kJ/h
3.Nhiệt lượng do hơi mang ra khỏi tháp chưng Q
y
:
Q
y
= P.(1+R
X
).λ
đ

λ = r + C.t
với r: ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử đó.J/kg
C :nhiệt dung riêng của cấu tử ở nhiệt độ t = t
P
= 65,5
0
C
Nhiệt dung riêng của metylic ở 65,5
0
C :
C
A
= 2787,5 J/kg.độ
Nhiệt dung riêng của nước ở 65,5
0
C :
C
B
= 4189,8 J/Kg.độ
(Đã tính ở phần tính nhiệt lượng do lượng hồi lưu).
= > λ
đ
= (r
A
+ C
A
.t
P
).a
A

.a
A
+ C
B
.(1-a
A
)].t
P
Với r = r
A
.a
A
+ r
B
.(1-a
A
) là ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp ,đã tính ở phần tính đường
kính đoạn luyện :
r
đ
= 268,07 kcal/kg = 1122360 J/kg
= > λ
đ
= 1122360 + (2787,5.0,98 + 4189,8.0.02).65,5
= 1306778 J/kg
Vậy nhiệt lượng do hơi mang ra khỏi đỉnh tháp :
Q
y
= 514.(1 + 1,6).1306778 = 1 746 378 kJ/h .
Trang 18

hkg
r
Q
D
/384,703
872,2260
43,1590268
1
2
==
Lượng nhiệt tổn hao :
Q
m
= 0,05.Q
D2
= 79 513 421,5 J/h
III.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tu hồi lưu:
Ta dùng thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm ngưng tụ hoàn toàn sản phẩm đỉnh .
P.(R
X
+1).r = G
n1
.C
n
(t
2
- t
1
) -Công thức IX.164 Sổ tay QTTB tập 2 .
Với P : lượng sản phẩm đỉnh , P = 514 kg/h

2
=
+
C
n
:nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ trung bình 35
0
C ,theo bảng
I.147 trang 165 Sổ tay QTTB tập 1 thì C
n
= 0,99859 kcal/kg.độ ,
=> C
n
= 4180,89 J/kg.độ
r : ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đi ra khỏi đỉnh tháp , đã tính trong phần
đường kính đoạn luyện , r = 268,07 kcal/kg = 1122,36 kJ/kg .
Trang 19
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
Vậy lượng nước lạnh cần dùng cho thiết bị ngưng tụ hồi lưu :
G
n1
=
hkg
ttC
rRP
n
X
/83,17937
)2545(89,4180
1122360).16,1.(514

C
P
: nhiệt dung riêng sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ ,J/kg.độ
t
2
’,t
1
’: nhiệt độ đầu và cuối của sản phẩm đỉnh khi qua thiết bị làm lạnh ,
t
2
’ = 65,5
0
C , t
1
’ = 35
0
C .
t
1
,t
2
:nhiệt độ của nước đi vào và ra khỏi thiết bị làm lạnh , chọn t
1
=
25
0
C , t
2
= 45
0

= a
A
.C
A
+ (1-a
A
).C
B
Tra bảng I.154 trang 172 Sổ tay QTTB tập 1 ta có nhiệt dung riêng của rượu metylic
theo nhiệt độ :
C
A
40
= 2670 J/kg.độ , C
A
60
= 2760 J/kg.độ
= > C
A
50,25
= C
A
40
+
)4025,50(
4060
4060
−
−
−

12
2
=
−
−
=
−
−
=
ttC
ttCP
G
n
P
n
kg/h.
Chương IV: TÍNH KẾT CẤU CỦA THÁP CHƯNG LUYỆN
I.Kết cấu dĩa phần luyện :1.Tính toán: Các công thức có gía trị sau được tra ở trang 236 Sổ tay QTTB tập 2 :
- Đường kính ống hơi của chóp d
h
= 50 mm = 0,05 m
- Số chóp phân bố trên đĩa :
Trang 21
t
1
t
min

.1,0
2
=






=n
. Chọn n = 26 (chóp ) .
- Chiều cao chóp phía trên ống dẫn hơi :
h
2
= 0,25.d
h
= 0,25.0,05 = 0,0125 m = 12,5 mm.
- Đường kính chóp :
2
2
).2(
chhhch
ddd
δ
++=
Với δ
ch
:chiều dày chóp , chọn δ
ch
= 2,5 mm

nd
V
h
y
3600
.4
2
π
; V
y
-lưu lượng hơi đi trong đoạn luyện ,m
3
/h ;
ξ - hệ số trở lực của đĩa chóp , chọn ξ = 2
ρ
x
,ρ
y
- khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và hơi ,kg/m
3
.
ρ
x
= 800,6 kg/m
3
; ρ
y
= 0,982 kg/m
3
.

m/s .
⇒ Chiều cao của khe chóp
b =
m011,0
6,800.81,9
982,0.57,6.2
2
=
= 11 mm .
- Số lượng khe hở của mỗi chóp :
)
.4
(
2
b
d
d
c
i
h
ch
−=
π
Với g
tb
- lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện , kg/h .
Trang 22
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
Với c - khoảng cách giữa các khe , chọn c = 3 mm
⇒ i =

ρ
X
= 800,6 kg/m
3
z - số ống chảy chuyền , chọn z = 1.
ω
C
- tốc độ chất lỏng trong ống chảy chuyền , chọn ω
C
= 0,15 m/s .
Vậy
md
C
045,0
1.15,0.6,800 3600
47,672.4
==
π

- Khoảng cách từ mép dưới ống chảy chuyền đến đĩa :
S
1
=0,25.d
C
= 0,25.0,045 = 0,01125 (m) = 11,25 (mm).
- Chiều cao ống chảy chuyền trên đĩa :
h
C
= (h
1

2
=
π
= 9,3 mm
⇒ h
C
= (20 + 11 + 5) - 9,3 = 26,7 mm.
- Bước tối thiểu của chóp trên đĩa :
t
min
= d
ch
+ 2.δ
ch
+ l
2
,
Với l
2
= 12,5 + 0,25.d
ch
= 31,08 mm , lấy l
2
= 35 mm
⇒ t
min
= 74,33 + 2.2,5 + 35 = 114,33 mm .
- Khoảng cách từ tâm ống chảy chuyền đến tâm chóp gần nhất :
t
1

3
2
45
=++++
2.Các kết cấu đĩa phần luyện :
- Đường kính ống hơi d
h
= 50 mm
- Số chóp n = 26 chóp
- Đường kính chóp d
ch
= 74,33 mm
- Chiều cao chóp trên ống dẫn hơi h
2
= 12,5 mm
- Khoảng cách từ mặt đĩa đến chân chóp S = 5 mm
- Chiều cao mức chất lỏng trên khe chóp h
1
= 20 mm
- Chiều cao khe chóp b = 11 mm
- Khoảng cách giữa các khe c =3 mm
- Số khe hở của mỗi chóp i = 18 khe
- Đường kính ống chảy chảy chuyền d
C
= 45 mm
- Chiều cao lớp chất lỏng ở trên ống chảy chuyền ∆h = 9,3 mm
- Khoảng cách từ mép dưới ống chảy chuyền đến đĩa S
1
= 11,25 mm
- Chiều cao ống chảy chuyền trên đĩa h

.1,0
h
d
D
n =

Với D : đường kính trong của tháp , m
d
h
: đường kính ống hơi của chóp , m
=>
6,25
05,0
8,0
.1,0
2
=






=n
. Chọn n = 26 (chóp ) .
- Chiều cao chóp phía trên ống dẫn hơi :
h
2
= 0,25.d
h

= 20 mm
- Chiều cao khe chóp :
x
yy
g
b
ρ
ρωξ
.

2
=
Công thức trang IX.215 trang 236 Sổ tay QTTB tập 2.
Với ω
y
=
nd
V
h
y
3600
.4
2
π
; V
y
-lưu lượng hơi đi trong đoạn chưng ,m
3
/h ;
ξ - hệ số trở lực của đĩa chóp , chọn ξ = 2

==
ρ
ρ
ytb
- khối lượng riêng trung bình pha hơi trong đoạn chưng , kg/m
3
.
⇒ ω
y
=
4,6
26.05,0 3600
2,1176.4
2
=
π
m/s .
⇒ Chiều cao của khe chóp
b =
m01,0
53,902.81,9
744,0.4,6.2
2
=
= 10 mm .
- Số lượng khe hở của mỗi chóp :
)
.4
(
2

3600
.4
ωρπ
=
;
Với G
X
- lưu lượng lỏng trung bình đi trong đoạn chưng , kg/h
G
X
= 1361,07 kg/h.
ρ
X
- khối lượng riêng trung bình của lỏng trong đoạn chưng,
ρ
X
= 902,53 kg/m
3
z - số ống chảy chuyền , chọn z = 1.
Trang 25