Bài tập lớn môn chuyển khối chưng cất methanol - Nước

dLêi nãi ®Çu Ch­ng cÊt lµ ph­¬ng ph¸p dïng ®Ó t¸ch c¸c hçn hîp láng còng nh­ c¸c hçn hîp khÝ - láng thµnh c¸c cÊu tö riªng biÖt, dùa vµo ®é bay h¬i kh¸c nhau cña c¸c cÊu tö trong hçn hîp. Chóng ta cã thÓ thùc hiÖn nhiÒu biÖn ph¸p ch­ng cÊt kh¸c nhau nh­ ch­ng cÊt gi¸n ®o¹n, ch­ng cÊt liªn tôc, ch­ng cÊt ®¬n gi¶n, ch­ng cÊt ®Æc biÖt. Khi ch­ng cÊt, hçn hîp ®Çu cã bao nhiªu cÊu tö th× ta thu ®­îc bÊy nhiªu cÊu tö s¶n phÈm. Theo ®Ò bµi th× hçn hîp ®Çu gåm 2 cÊu tö lµ Benzen vµ Toluen nªn ®­îc gäi lµ ch­ng cÊt hçn hîp 2 cÊu tö. Trong phÇn ®å ¸n nµy hçn hîp hai cÊu tö Benzen – Toluen ®­îc ph©n t¸ch thµnh hai cÊu tö riªng biÖt nhê ph­¬ng ph¸p ch­ng cÊt liªn tôc víi th¸p ch­ng luyÖn lµ lo¹i th¸p ®Öm, lµm viÖc ë ¸p suÊt th­êng (1at) víi hçn hîp ®Çu vµo ë nhiÖt ®é s«i. Sau qu¸ tr×nh ch­ng cÊt, ta thu ®­îc s¶n phÈm ®Ønh lµ cÊu tö cã ®é bay h¬i lín h¬n (Benzen) vµ mét phÇn rÊt Ýt cÊu tö cã ®é bay h¬i bÐ h¬n (Toluen). S¶n phÈm ®¸y gåm hÇu hÕt c¸c cÊu tö khã bay h¬i (Toluen) vµ mét phÇn rÊt Ýt cÊu tö dÒ bay h¬i (Benzen). Trong suèt qu¸ tr×nh tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ , ®Æc biÖt ®­îc sù h­íng dÉn trùc tiÕp vµ gióp ®ì nhiÖt t×nh cña c« Lª Ngäc Thuþ b¶n ®å ¸n thiÕt kÕ th¸p ch­ng luyÖn liªn tôc hai c©ó tö Benzen vµ Tooluen ®· hoµn thµnh víi c¸c néi dung sau: PhÇn I: S¬ ®å c«ng nghÖ vµ c¸c chÕ ®é thuû ®éng cña th¸p. PhÇn II: TÝnh to¸n, thiÕt kÕ thiÕt bÞ chÝnh. PhÇn III: TÝnh to¸n c©n b»ng nhiÖt l­îng. PhÇn VI: TÝnh to¸n c¬ khÝ. PhÇn V: TÝnh to¸n c¸c thiÕt bÞ cÇn thiÕt. PhÇn IV: KÕt luËn vµ nhËn xÐt. S¬ ®å d©y chuyÒn c«ng nghÖ vµ chÕ ®é thuû ®éng cña th¸p I. S¬ ®å d©y chuyÒn c«ng nghÖ s¶n xuÊt. (h×nh 1): Nguyªn liÖu ®Çu ®­îc chøa trong thïng chøa (1) vµ ®­îc b¬m (2) b¬m lªn thïng cao vÞ (3). Møc chÊt láng cao nhÊt vµ thÊp nhÊt ë thïng cao vÞ ®­îc khèng chÕ bëi cña ch¶y trµn. Hçn hîp ®Çu tõ thïng cao vÞ (3) tù ch¶y xuèng thiÕt bÞ ®un nãng hçn hîp ®Çu (4), qu¸ tr×nh tù ch¶y nµy ®­îc theo dâi b»ng ®ång hå l­u l­îng. T¹i thiÕt bÞ gia nhiÖt hçn hîp ®Çu (4) (dïng h¬i n­íc b·o hoµ), hçn hîp ®Çu ®­îc gia nhiÖt tíi nhiÖt ®é s«i, sau khi ®¹t tíi nhiÖt ®é s«i, hçn hîp nµy ®­îc ®­a vµo ®Üa tiÕp liÖu cña th¸p ch­ng luyÖn lo¹i th¸p ®Öm (5). Trong th¸p, h¬i ®i tõ d­íi lªn tiÕp xóc trùc tiÕp víi láng ch¶y tõ trªn xuèng, t¹i ®©y x¶y ra qu¸ tr×nh bèc h¬i vµ ng­ng tô nhiÒu lÇn. Theo chiÒu cao cña th¸p, cµng lªn cao th× nhiÖt ®é cµng thÊp nªn khi h¬i ®i qua c¸c tÇng ®Öm tõ d­íi lªn, cÊu tö cã nhiÖt ®é s«i cao sÏ ng­ng tô. Qu¸ tr×nh tiÕp xóc láng – h¬i trong th¸p diÔn ra liªn tôc lµm cho pha h¬i ngµy cµng giÇu cÊu tö dÔ bay h¬i, pha láng ngµy cµng giÇu cÊu tö khã bay h¬i. Cuèi cïng trªn ®Ønh th¸p ta sÏ thu ®­îc hÇu hÕt lµ cÊu tö dÔ bay h¬i (Benzen) vµ mét phÇn rÊt Ýt cÊu tö khã bay h¬i (Toluen). Hçn hîp h¬i nµy ®­îc ®i vµo thiÕt bÞ ng­ng tô (6) vµ t¹i ®©y nã ®­îc ng­ng tô hoµn toµn (t¸c nh©n lµ n­íc l¹nh). Mét phÇn chÊt láng sau ng­ng tô ch­a ®¹t yªu cÇu ®­îc ®i qua thiÕt bÞ ph©n dßng (7) ®Ó håi l­u trë vÒ ®Ønh th¸p, phÇn cßn l¹i ®­îc ®­a vµo thiÕt bÞ lµm l¹nh (8) ®Ó lµm l¹nh ®Õn nhiÖt ®é cÇn thiÕt sau ®ã ®i vµo thïng chøa s¶n phÈm ®Ønh (10). ChÊt láng håi l­u ®i tõ trªn xuèng d­íi, gÆp h¬i cã nhiÖt ®é cao ®i tõ d­íi lªn, mét phÇn cÊu tö cã nhiÖt ®é s«i thÊp l¹i bèc h¬i ®i lªn, mét phÇn cÊu tö khã bay h¬i trong pha h¬i sÏ ng­ng tô ®i xuèng. Do ®ã nång ®é cÊu tö khã bay h¬i trong pha láng ngµy cµng t¨ng, cuèi cïng ë ®¸y th¸p ta thu ®­îc hçn hîp láng gåm hÇu hÕt lµ cÊu tö khã bay h¬i (Toluen) mét phÇn rÊt Ýt cÊu tö dÔ bay h¬i (Benzen), hçn hîp láng nµy ®­îc ®­a ra khái ®¸y th¸p, qua thiÕt bÞ ph©n dßng, mét phÇn ®­îc ®­a ra thïng chøa s¶n phÈm ®¸y (11), mét phÇn ®­îc tËn dông ®­a vµo nåi ®un s«i ®¸y th¸p (9) dïng h¬i n­íc b·o hoµ. ThiÕt bÞ (9) nµy cã t¸c dông ®un s«i tuÇn hoµn vµ bèc h¬i hçn hîp ®¸y (t¹o dßng h¬i ®i tõ d­íi lªn trong th¸p). N­íc ng­ng cña thiÕt bÞ gia nhiÖt ®­îc th¸o qua thiÕt bÞ th¸o n­íc ng­ng (12). Th¸p ch­ng luyÖn lµm viÖc ë chÕ ®é liªn tôc, hçn hîp ®Çu vµo vµ s¶n phÈm ®­îc lÊy ra liÖn tôc. II. ChÕ ®é thuû ®éng cña th¸p ®Öm: Trong th¸p ®Öm cã 3 chÕ ®é thuû ®éng lµ chÕ ®é ch¶y dßng, chÕ ®é qu¸ ®é vµ chÕ ®é xo¸y. Khi vËn tèc khÝ bÐ, lùc hót ph©n tö lín h¬n vµ v­ît lùc lú. Lóc nµy qu¸ tr×nh chuyÓn khèi ®­îc x¸c ®Þnh b»ng dßng khuyÕch t¸n ph©n tö. T¨ng vËn tèc lªn lùc lú trë nªn c©n b»ng víi lùc hót ph©n tö. Qu¸ tr×nh chuyÓn khèi lóc nµy kh«ng chØ ®­îc quyÕt ®Þnh b»ng khuyÕch t¸n ph©n tö mµ c¶ b»ng khuyÕch t¸n ®èi l­u. ChÕ ®é thuû ®éng nµy gäi lµ chÕ ®é qu¸ ®é. NÕu ta tiÕp tôc t¨ng vËn tèc khÝ lªn n÷a th× chÕ ®é qu¸ ®é sÏ chuyÓn sang chÕ ®é xo¸y. Trong giai ®o¹n nµy qu¸ tr×nh khuyÕch t¸n sÏ ®­îc quyÕt ®Þnh b»ng khuyÕch t¸n ®èi l­u. NÕu ta t¨ng vËn tèc khÝ lªn ®Õn mét giíi h¹n nµo ®ã th× sÏ x¶y ra hiÖn t­îng ®¶o pha. Lóc nµy chÊt láng sÏ chiÕm toµn bé th¸p vµ trë thµnh pha liªn tôc, cßn pha khÝ ph©n t¸n vµo trong chÊt láng vµ trë thµnh pha ph©n t¸n. VËn tèc khÝ øng víi thêi ®iÓm nµy gäi lµ vËn tèc ®¶o pha. KhÝ sôc vµo láng vµ t¹o thµnh bät v× thÕ trong giai ®o¹n nµy chÕ ®é lµm viÖc trong th¸p gäi lµ chÕ ®é sñi bät. ë chÕ ®é nµy vËn tèc chuyÓn khèi t¨ng nhanh, ®ång thêi trë lùc còng t¨ng nhanh. Trong thùc tÕ, ta th­êng cho th¸p ®Öm lµm viÖc ë chÕ ®é mµng cã vËn tèc nhá h¬n vËn tèc ®¶o pha mét Ýt v× qu¸ tr×nh chuyÓn khèi trong giai ®o¹n sñi bät lµ m¹nh nhÊt, nh­ng v× trong giai ®o¹n ®ã ta sÏ khã khèng chÕ qu¸ tr×nh lµm viÖc. * ¦u ®iÓm cña th¸p ®Öm: + HiÖu suÊt cao v× bÒ mÆt tiÕp xóc pha lín. + CÊu t¹o th¸p ®¬n gi¶n. + Trë lùc trong th¸p kh«ng lín l¾m. + Giíi h¹n lµm viÖc t­¬ng ®èi réng. * Nh­îc ®iÓm. + Khã lµm ­ít ®Òu ®Öm. + Th¸p cao qu¸ th× ph©n phèi chÊt láng kh«ng ®Òu. * B¶ng kª c¸c ký hiÖu th­êng dïng trong b¶n ®å ¸n: - F: L­îng hçn hîp ®Çu, kg/h (hoÆc kg/s, kmol/h) - P: L­îng s¶n phÈm ®Ønh, kg/h (hoÆc kg/s, kmol/h) - W: L­îng s¶n ph¶m ®¸y, kg/h (hoÆc kg/s, kmol/h) - C¸c chØ sè F, P, W, A, B : t­¬ng øng chØ ®¹i l­îng ®ã thuéc vÒ hçn hîp ®Çu, s¶n phÈm ®Ønh, s¶n phÈm ®¸y cña Axeton vµ Benzen. - a: nång ®é phÇn khèi l­îng, kg axeton/kg hçn hîp - x: nång ®é phÇn mol, kmol axeton/kmol hçn hîp - M: Khèi l­îng mol ph©n tö, kg/kmol - (: ®é nhít, Ns/m2 - (: khèi l­îng riªng, kg/m3 - C¸c chØ sè A, B, x, y, hh: t­¬ng øng chØ ®¹i l­îng thuéc vÒ cÊu tö axeton, benzen, thµnh phÇn láng, thµnh phÇn h¬i vµ hçn hîp. - Ngoµi ra c¸c ký hiÖu cô thÓ kh¸c ®­îc ®Þnh nghÜa t¹i chç. PhÇn IIi TÝnh to¸n thiÕt bÞ chÝnh I. TÝnh c©n b»ng vËt liÖu: 1. TÝnh to¸n c©n b»ng vËt liÖu: - Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu chung cho toµn th¸p. F = P + W [II – 144] - §èi víi cÊu tö dÔ bay h¬i FaF = Pap + Waw [II – 144] - L­îng s¶n phÈm ®Ønh lµ:
Trong ®ã: F: n¨ng suÊt tÝnh theo hçn hîp ®Çu, kg/s hoÆc kg/h aF, ap, aw: lÇn l­ît lµ nång ®é cÊu tö dÔ bay h¬i trong hçn hîp ®Çu, s¶n phÈm ®Ønh, s¶n phÈm ®¸y, phÇn khèi l­îng §Çu bµi cho F = 3,5 kg/s hay F = 3,5.3600 = 12.600kg/h. VËy ta cã l­îng s¶n phÈm ®Ønh lµ:
kg/h - L­îng s¶n phÈm ®¸y lµ: W = F - P = 12.600 – 2.800 = 9.800 kg/h 2. §æi nång ®é phÇn khèi l­îng sang nång ®é phÇn mol cña aF, ap, aw: ¸p dông c«ng thøc
[II – 126] Trong ®ã: aA, aB: nång ®é phÇn khèi l­îng cña Benzen vµ Toluen Ma, MB: khèi l­îng mol ph©n tö cña Benzen vµ Toluen Víi
kg/kmol
kg/kmol Thay sè liÖu vµo ta cã:

phÇn mol

phÇn mol

phÇn mol 3. TÝnh khèi l­îng ph©n tö trung b×nh cña hçn hîp ®Çu, s¶n phÈm ®Ønh, s¶n phÈm ®¸y: Theo c«ng thøc: M = x.MA + (1 - x)MB Trong ®ã: M: Khèi l­îng ph©n tö trung b×nh, kg/kmol x: Nång ®é phÇn mol - Khèi l­îng ph©n tö trung b×nh cña s¶n phÈm ®Ønh: Mp = xp.MA + (1 - xp)MB Mp = 0,983.78 +(1- 0,983).92 Mp = 87,604 kg/kmol - Khèi l­îng ph©n tö trung b×nh cña hçn hîp ®Çu: MF = xF.MA + (1 - xF)MB MF = 0,314.78 +(1- 0,314).92 MF = 78,238 kg/kmol - Khèi l­îng ph©n tö trung b×nh cña s¶n phÈm ®¸y: Mw = xw.MA + (1 - xw)MB Mw = 0,024.78 +(1- 0,024).92 Mw = 91,664 kg/kmol 4. §æi ®¬n vÞ cña F, P, W tõ kg/h sang kmol/h:


5. L­îng hçn hîp ®Çu trªn mét ®¬n vÞ s¶n phÈm ®Ønh:
II. X¸c ®Þnh sè bËc thay ®æi nång ®é: 1. X¸c ®Þnh Rmin dùa trªn ®å thÞ y – x: Dùng ®­êng c©n b»ng theo sè liÖu ®­êng c©n b»ng tra trong b¶ng phÇn c©n b»ng láng h¬i vµ nhiÖt ®é s«i cña hai cÊu tö ë 760mmHg (phÇn tr¨m sè mol) cña Benzen vµ Toluen ta cã b¶ng sau: [II – 145] B¶ng 1 x  0  5  10  20  30  40  50  60  70  80  90  100   y  0  11,8  21,4  38  51,1  61,9  71,2  79  85,4  91  95,9  100   toC  110,6  108,3  106,1  102,2  98,6  95,2  92,1  89,4  86,8  84,4  82,3  80,2   - Tõ sè liÖu trong b¶ng trªn ta vÏ ®å thÞ ®­êng c©n b»ng láng (x) – h¬i (y) (h×nh 1), víi gi¸ trÞ cña xF = 0,314 ta dãng lªn ®­êng c©n b»ng vµ t×m ®­îc gi¸ trÞ y*F = 0,525% - Rmin: l­îng håi l­u tèi thiÓu ®­îc tÝnh theo c«ng thøc
[II – 158] y*F: nång ®é cÊu tö dÔ bay h¬i trong pha h¬i c©n b»ng víi nång ®é trong pha láng xF cña hçn hîp. =>
2. TÝnh chØ sè håi l­u thÝch hîp: Rth: chØ sè håi l­u thÝch hîp ®­îc tÝnh theo tiªu chuÈn thÓ tÝch th¸p nhá nhÊt. C¬ së cña viÖc chän Rth theo tiªu chuÈn thÓ tÝch th¸p nhá nhÊt lµ: V = H.S H: tû lÖ víi Nlt G = W.S = P.(R + 1) S tû lÖ víi R + 1 V = H.S tû lÖ víi Nlt(R + 1) Gi¸ thµnh th¸p tû lÖ víi V, mµ V tû lÖ víi Nlt(R + 1), gi¸ thµnh th¸p thÊp nhÊt øng víi thÓ tÝch th¸p nhá nhÊt. V× vËy cÇn ph¶i chän chÕ ®é lµm viÖc thÝch hîp cho th¸p, tøc lµ Rth. Trong ®ã: V: lµ thÓ tÝch cña th¸p H: chiÒu cao cña th¸p S: tiÕt diÖn cña th¸p Nlt: sè bËc thay ®æi nång ®é (sè ®Üa lý thuyÕt) øng víi mçi gi¸ trÞ cña R > Rmin ta dùng ®­îc mét ®­êng lµm viÖc t­¬ng øng vµ t×m ®­îc mét gi¸ trÞ Nlt (C¸c ®å thÞ tõ 3 (7 lµ ®å thÞ x¸c ®Þnh sè ®Üa lý thuyÕt) Tõ ®ã ta cã b¶ng sè liÖu sau. B¶ng 2 Rx  2,28  2,932  3,915  5,553  8,83   B  0,249  0,246  0,24  0,23  0,208   Nlt  22  21  20  19  18   Nlt(Rx + 1)  84,7  81,9  80  79,23  82,8   X©y dùng ®å thÞ quan hÖ gi÷a Rx – Nlt(Rx+1). Qua ®å thÞ ta thÊy, víi Rx = 2,93 th× Nlt(Rx + 1) lµ nhá nhÊt hay thÓ tÝch th¸p nhá nhÊt. VËy ta cã Rth = 2,93 (§å thÞ 8). 3. Ph­¬ng tr×nh ®­êng nång ®é lµm viÖc cña ®o¹n luyÖn:
[II – 148] Trong ®ã: y: lµ nång ®é phÇn mol cña cÊu tö dÔ bay h¬i trong pha h¬i ®i tõ d­íi lªn. x: lµ nång ®é phÇn mol cña cÊu tö dÔ bay h¬i trong pha láng ch¶y tõ ®Üa xuèng. Rx : chØ sè håi l­u. Thay sè liÖu vµo ta cã.
yL = 0,75x + 0,25 4. Ph­¬ng tr×nh ®­êng nång ®é lµm viÖc cña ®o¹n ch­ng:
[II.158] Trong ®ã:
: l­îng hçn hîp ®Çu tÝnh cho 1kmol s¶n phÈm ®Ønh. Thay sè liÖu vµo ta cã.
yc = 2,028x – 0,0247 III. TÝnh ®­êng kÝnh th¸p ch­ng luyÖn: §­êng kÝnh th¸p ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc
, m [II - 181] Trong ®ã: gtb: l­îng h¬i trung b×nh ®i trong th¸p, kg/h. ((y.(y)tb: tèc ®é h¬i trung b×nh ®i trong th¸p, kg/m2.s V× l­îng h¬i vµ l­îng láng thay ®æi theo chiÒu cao cña th¸p vµ kh¸c nhau trong mçi ®o¹n nªn ta ph¶i tÝnh l­îng h¬i trung b×nh cho tõng ®o¹n. 1. §­êng kÝnh ®o¹n luyÖn: a. X¸c ®Þnh l­îng h¬i trung b×nh ®i trong ®o¹n luyÖn: L­îng h¬i trung b×nh ®i trong ®o¹n luyÖn tÝnh gÇn ®óng b»ng trung b×nh céng cña l­îng h¬i ®i ra khái ®Üa trªn cïng cña th¸p vµ l­îng h¬i ®i vµo ®Üa d­íi cïng cña ®o¹n luyÖn.
, kg/h [II - 181] Trong ®ã: gtb: l­îng h¬i trung b×nh ®i trong ®o¹n luyÖn, kg/h. g®: l­îng h¬i ®i ra khái ®Üa trªn cïng cña th¸p, kg/h. gl: l­îng h¬i ®i vµo ®Üa d­íi cïng cña th¸p, kg/h. * L­îng h¬i ra khái ®Ønh th¸p: g® = GR + Gp = Gp(Rx+1) [II – 181] g® = 2800(2,93 + 1) g® = 11.004 kg/h * L­îng h¬i ®i vµo ®o¹n luyÖn: L­îng h¬i g1, hµm l­îng h¬i y1 vµ l­îng láng G1 ®èi víi ®Üa thø nhÊt cña ®o¹n luyÖn ®­îc x¸c ®Þnh theo hÖ ph­¬ng tr×nh. g1 = G1 + Gp (1) g1.y1 = G1.x1 + Gp.xp (2) [II - 182] g1.r1 = g®.r® (3) Trong ®ã: y1: hµm l­îng h¬i ®i vµo ®Üa 1 cña ®o¹n luyÖn, phÇn khèi l­îng. G1: l­îng láng ®èi víi ®Üa thø nhÊt cña ®o¹n luyÖn. r1: Èn nhiÖt ho¸ h¬i cña hçn hîp h¬i ®i vµo ®Üa. r®: Èn nhiÖt ho¸ h¬i cña hçn hîp h¬i ®i ra khái ®Ønh th¸p. x1 = xF = 0,314 phÇn khèi r1 = ra.y1 + (1-y1).rb [II - 182] Víi ra, rb: Èn nhiÖt ho¸ h¬i cña c¸c cÊu tö nguyªn chÊt lµ Benzen vµ Toluen ë t01 = tF . Tõ x1= xF = 0,314 tra ®« thÞ láng h¬i h×nh 9 ta ®­îc t01 = tf = 97,6 0C Víi t01 = 97,6 0 C néi suy theo b¶ng I.212 trong [I – 254] ta ®­îc;
kJ/kg.
kJ/kg. r1 = 380,66.y1 + (1 - y1).369,64 r1 = 11,02y1 + 369,64 kJ/kg. r® = ra.y® + (1 – y®).rb [II - 182] Víi ra, rb: Èn nhiÖt ho¸ h¬i cña c¸c cÊu tö nguyªn chÊt lµ Benzen vµ Toluen ë t02 = tp. Tõ xp = 0,983 tra ®å thÞ láng h¬i h×nh 9 ta ®­îc tp = 82,60C. y®: hµm l­îng h¬i ®i ra khái ®Ønh th¸p, phÇn khèi l­îng. y® = yp = xp = 0,95 phÇn khèi l­îng. Víi t02 = tP = 82,60C néi suy theo b¶ng I.212 trong [I – 254] ta ®­îc:
kJ/kg.
kJ/kg. r® = 391,65.0,98 + (1 - 0,98).377,18 r® = 391,36 kJ/kg. Thay c¸c gi¸ trÞ ®· tÝnh ®­îc vµo hÖ ph­¬ng tr×nh trªn ta ®­îc g1 = G1 + 2800 g1.y1 = 0,314G1 + 2800.0,98 g1(11,02y1 + 369.64) = 11004.391,36 = 4306525,44 Gi¶i hÖ ph­¬ng tr×nh ta ®­îc: g1 = 30012,06 kg/h G1 = 27212,06 kg/h y1 = 0,345 phÇn khèi l­îng Thay y1 = 0,345 vµo r1 ta ®­îc: r1 = 11,02.0,345 + 369,64 = 373,4419 kJ/kg VËy l­îng h¬i trung b×nh ®i trong ®o¹n luyÖn lµ:
kg/h. b. TÝnh khèi l­îng riªng trung b×nh * Khèi l­îng riªng trung b×nh ®èi víi pha h¬i ®­îc tÝnh theo
, kg/m3. [II - 183] Trong ®ã: MA MB: khèi l­îng phÇn mol cña cÊu tö Benzen vµ Toluen T: nhiÖt ®é lµm viÖc trung b×nh cña th¸p, 0K. ytb1: nång ®é phÇn mol cña cÊu tö 1 lÊy theo gi¸ trÞ trung b×nh
[II - 183] Víi
: nång ®é lµm viÖc t¹i 2 ®Çu mçi ®o¹n th¸p, phÇn mol.
= yp = 0,983 phÇn mol
= y1 = 0,345 phÇn khèi l­îng §æi sang phÇn mol ta cã:
phÇn mol
phÇn mol Víi
phÇn mol. Néi suy tõ sè liÖu trong b¶ng IX.2a [II-145] ta ®­îc
T = 93,5 + 273 = 366,5 0K. VËy khèi l­îng riªng trung b×nh cña pha h¬i ®èi víi ®o¹n luyÖn lµ:

kg/m3. * Khèi l­îng riªng trung b×nh ®èi víi pha láng
, kg/m3 [II - 183] Trong ®ã:
: khèi l­îng riªng trung b×nh cña láng, kg/m3.
: khèi l­îng riªng trung b×nh cña cÊu tö 1 vµ 2 cña pha láng lÊy theo nhiÖt ®é trung b×nh, kg/m3.
: phÇn khèi l­îng trung b×nh cña cÊu tö 1 trong pha láng.
phÇn khèi l­îng
: nhiÖt ®é trung b×nh cña ®o¹n luyÖn theo pha láng
phÇn mol. Víi
phÇn mol. Néi suy tõ sè liÖu trong b¶ng IX.2a, [II-145] ta ®­îc
øng víi t0 = 87,60C. Néi suy theo b¶ng I.2 trong [I-9] ta ®­îc:
kg/m3.
kg/m3. VËy khèi l­îng riªng trung b×nh cña láng trong ®o¹n luyÖn lµ:


kg/m3 c. TÝnh tèc ®é h¬i ®i trong th¸p: §èi víi th¸p ®Öm khi chÊt láng ch¶y tõ trªn xuèng vµ pha h¬i ®i tõ d­íi lªn chuyÓn ®éng ng­îc chiÒu cã thÓ x¶y ra bèn chÕ ®é thuû ®éng; ChÕ ®é ch¶y mµng, chÕ ®é qu¸ ®é, chÕ ®é xo¸y vµ chÕ ®é sñi bät. ë chÕ ®é sñi bät th× pha láng chiÕm toµn bé thÓ tÝch tù do vµ nh­ vËy pha láng lµ pha liªn tôc. NÕu t¨ng tèc ®é lªn th× th¸p bÞ sÆc. Trong phÇn tÝnh to¸n nµy ta tÝnh tèc ®é h¬i cña th¸p dùa vµo tèc ®é sÆc cña th¸p. Tèc ®é h¬i ®i trong th¸p ®Öm ( = (0,8 ( 0,9)(s [II – 187] Víi (s lµ tèc ®é sÆc, m/s ®­îc tÝnh theo c«ng thøc Y = 1,2e-4X [II – 187] Víi
[II – 187]
[II – 187] Trong ®ã: (®: bÒ mÆt riªng cña ®Öm, m2/m3 V®: thÓ tÝch tù do cña ®Öm, m3/m3 g: gia tèc träng tr­êng, m2/s Gx, Gy: l­îng láng vµ l­îng h¬i trung b×nh, kg/s
:khèi l­îng riªng trung b×nh cña pha láng vµ pha h¬i, kg/m3 (x, (n: ®é nhít cña pha láng theo nhiÖt ®é trung b×nh vµ ®é nhít cña n­íc ë 20oC, Ns/m2 * TÝnh Gx, Gy: Ta cã Gy = gtb = 30012,06 kg/h
kg/s
kg/h
kg/s * TÝnh ®é nhít. - §é nhít cña n­íc ë t = 20oC, Tra b¶ng I.102 trong [I – 94] ta cã (n = 1,005.10-3 Ns/m2. - §é nhít cña pha láng ë t = 87,6oC. Néi suy theo b¶ng I.101 trong [I – 91] ta ®­îc.
N.s/m2
N.s/m2 VËy ®é nhít cña pha láng tÝnh theo nhiÖt ®é trung b×nh lµ lg(hh = xtb.lg(A+ (1 - xtb).lg(B [I – 84] lg(hh = 0,6485.lg(0,2676.10-3) + (1 - 0,6485)lg(0,27676.10-3) = -0,525525 (hh = (x = 0,298.10-3 Ns/m2 Thay sè liÖu ta cã
Y = 1,2e-4.0,4315 = 0,2136 Chän lo¹i ®Öm vßng Rasiga b»ng sø ®æ lén xén. Sè liÖu trong [II – 193] B¶ng 3 KÝch th­íc ®Öm, mm  BÒ mÆt riªng (®, m2/m3  ThÓ tÝch tù do V®, m3/m3  Sè ®Öm trong 1m3  Khèi l­îng riªng xèp, (®, kg/m3   30x30x3,5  165  0,76  25.102  570   Tõ c«ng thøc:
[II – 187] Suy ra;
(s2 = 1,96155 m/s (s = 1,4 m/s LÊy ( = 0,8(s ( = 0,8.1,4 = 1,12 m/s VËy ®­êng kÝnh cña ®o¹n luyÖn lµ:
m. Quy chuÈn ®­êng kÝnh ®o¹n luyÖn lµ DL = 1,6 m * Thö l¹i ®iÒu kiÖn lµm viÖc thùc tÕ. - Tèc ®é h¬i thùc tÕ ®i trong ®o¹n luyÖn lµ:
m/s - Tû sè gi÷a tèc ®é thùc tÕ vµ tèc ®é sÆc lµ:
VËy chän ®­êng kÝnh lµ 1,6m cã thÓ chÊp nhËn ®­îc. * KiÓm tra c¸ch chän ®Öm.
m
VËy c¸ch chän ®Öm vµ ®­êng kÝnh th¸p cña ®o¹n luyÖn nh­ vËy lµ chÊp nhËn ®­îc yªu cÇu cña bµi to¸n vµ phï hîp víi qu¸ tr×nh tÝnh to¸n 2. §­êng kÝnh ®o¹n ch­ng: a. L­îng h¬i trung b×nh ®i trong th¸p
[II - 182] Trong ®ã: g’n: l­îng h¬i ®i ra khái ®o¹n ch­ng, kg/h. g’1: l­îng h¬i ®i vµo ®o¹n ch­ng, kg/h. V× l­îng h¬i ®i ra khái ®o¹n ch­ng b»ng l­îng h¬i ®i vµo ®o¹n luyÖn (g’n= g1) nªn ta cã thÓ viÕt:
[II - 182] L­îng h¬i ®i vµo ®o¹n ch­ng g’l, l­îng láng G1’ vµ hµm l­îng láng x’l ®­îc x¸c ®Þnh theo hÖ ph­¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu vµ c©n b»ng nhiÖt l­îng sau: G’1 = g’1 + Gw G’1. x’1 = g’1.yw + Gw.xw [II - 182] g’1.r’1 = g1.r1 Trong ®ã: r’1: Èn nhiÖt ho¸ h¬i cña hçn hîp h¬i ®i vµo ®Üa thø nhÊt cña ®o¹n ch­ng. xw: thµnh phÇn cÊu tö dÔ bay h¬i trong s¶n phÈm ®¸y. r1: Èn nhiÖt ho¸ h¬i cña hçn hîp h¬i ®i vµo ®Üa trªn cïng cña ®o¹n ch­ng. Ta cã: Gw = W = 9800 kg/h. xw = 0,024 phÇn mol t­¬ng øng víi 0,02 phÇn khèi l­îng y’1 = yw x¸c ®Þnh theo ®­êng c©n b»ng øng víi xw = 0,024 phÇn mol. yw = 0,062 phÇn mol. §æi y’1 = yw = 0,062 phÇn mol ra phÇn khèi l­îng ta cã:
phÇn khèi l­îng r’1 = ra. y’1 + (1- y’1).rb [II – 182] Víi ra, rb: Èn nhiÖt ho¸ h¬i cña c¸c cÊu tö nguyªn chÊt ë t0 = tw. Víi xw = 0,024 tra ®å thÞ h×nh 9 ta ®­îc tw = 100,50C. Tõ t0 = tw =100,50C néi suy theo b¶ng I.212 trong [I – 254] ta ®­îc.
kJ/kg.
kJ/kg. => r’1 = 378,49.0,053 + (1 - 0,053).368,13 r’1 = 368,68 kJ/kg Thay vµo hÖ ph­¬ng tr×nh trªn ta ®­îc: G’1 = g’1 + 9800 G’1. x’1 = g’1.0,053 + 9800.0,02 g’1.368,68 = 30012,06.373,4419 Gi¶i hÖ ph­¬ng tr×nh trªn ta ®­îc: g’1 = 30399,69 kg/h G’1 = 40199,698 kg/h x’1 = 0,04496 phÇn khèi l­îng VËy l­îng h¬i trung b×nh ®i trong ®o¹n ch­ng lµ:
kg/h. b. TÝnh khèi l­îng riªng trung b×nh: * Khèi l­îng riªng trung b×nh ®èi víi pha h¬i ®­îc tÝnh theo:
, kg/m3. [II - 183] Trong ®ã: MA MB: khèi l­îng phÇn mol cña cÊu tö Benzen vµ Toluen T: nhiÖt ®é lµm viÖc trung b×nh cña th¸p, 0K. ytbc: nång ®é phÇn mol cña cÊu tö 1 lÊy theo gi¸ trÞ trung b×nh
[II - 183] Víi
: nång ®é lµm viÖc t¹i 2 ®Çu mçi ®o¹n th¸p, phÇn mol.
= y’1 = yw = 0,062 phÇn mol
= y1 = 0,383 phÇn mol
phÇn mol Víi
phÇn mol. Néi suy tõ sè liÖu trong b¶ng IX.2a [II-145] ta ®­îc
T = 106,8 + 273 = 379,8 0K. VËy khèi l­îng riªng trung b×nh cña pha h¬i ®èi víi ®o¹n ch­ng lµ:

kg/m3. * Khèi l­îng riªng trung b×nh ®èi víi pha láng
, kg/m3 [II - 183] Trong ®ã:
: khèi l­îng riªng trung b×nh cña láng, kg/m3.
: khèi l­îng riªng trung b×nh cña cÊu tö 1 vµ 2 cña pha láng lÊy theo nhiÖt ®é trung b×nh, kg/m3.
: phÇn khèi l­îng trung b×nh cña cÊu tö 1 trong pha láng.
Víi a’1: nång ®é phÇn khèi l­îng cña pha láng ë ®Üa d­íi cïng cña ®o¹n ch­ng. Ta cã: a’1 = x’1 = 0,04496 phÇn khèi l­îng
phÇn khèi l­îng
: nhiÖt ®é trung b×nh cña ®o¹n ch­ng theo pha láng
Ta cã x’1 = 0,04496 phÇn khèi l­îng
phÇn mol
phÇn mol Víi
phÇn mol. Néi suy tõ sè liÖu trong b¶ng IX.2a [II-145] ta ®­îc
øng víi t0 = 104,50C. Néi suy theo b¶ng I.2 trong [I-9] ta ®­îc:
kg/m3.
kg/m3. VËy khèi l­îng riªng trung b×nh cña láng trong ®o¹n ch­ng lµ:


kg/m3 c. TÝnh tèc ®é h¬i ®i trong ®o¹n ch­ng: §èi víi th¸p ®Öm khi chÊt láng ch¶y tõ trªn xuèng vµ pha h¬i ®i tõ d­íi lªn chuyÓn ®éng ng­îc chiÒu cã thÓ x¶y ra bèn chÕ ®é thuû ®éng; ChÕ ®é ch¶y mµng, chÕ ®é qu¸ ®é, chÕ ®é xo¸y vµ chÕ ®é sñi bät. ë chÕ ®é sñi bät th× pha láng chiÕm toµn bé thÓ tÝch tù do vµ nh­ vËy pha láng lµ pha liªn tôc. NÕu t¨ng tèc ®é lªn th× th¸p bÞ sÆc. Trong phÇn tÝnh to¸n nµy ta tÝnh tèc ®é h¬i cña th¸p dùa vµo tèc ®é sÆc cña th¸p. Tèc ®é h¬i ®i trong th¸p ®Öm ( = (0,8 ( 0,9)(s [II – 187] Víi (s lµ tèc ®é sÆc, m/s ®­îc tÝnh theo c«ng thøc Y = 1,2e-4X [II – 187] Víi
[II – 187]
[II – 187] Trong ®ã: (®: bÒ mÆt riªng cña ®Öm, m2/m3 V®: thÓ tÝch tù do cña ®Öm, m3/m3 g: gia tèc träng tr­êng, m2/s Gx, Gy: l­îng láng vµ l­îng h¬i trung b×nh, kg/s
:khèi l­îng riªng trung b×nh cña pha láng vµ pha h¬i, kg/m3 (x, (n: ®é nhít cña pha láng theo nhiÖt ®é trung b×nh vµ ®é nhít cña n­íc ë 20oC, Ns/m2 * TÝnh Gx, Gy: Ta cã Gy = g’tb = 30205,879 kg/h
kg/s
kg/h
kg/s * TÝnh ®é nhít: - §é nhít cña n­íc ë t = 20oC, Tra b¶ng I.102 trong [I - 94] ta cã (n = 1,005.10-3 Ns/m2. - §é nhít cña pha láng ë totb = 104,5oC. Néi suy theo b¶ng I.101 trong [I - 91] ta ®­îc.
N.s/m2
N.s/m2 VËy ®é nhít cña pha láng tÝnh theo nhiÖt ®é trung b×nh lµ lg(hh = xtb.lg(A+ (1 - xtb).lg(B [I – 84] lg(hh = 0,1849.lg(0,2516.10-3) + (1 - 0,1849)lg(0,262.10-3) (hh = (x = 0,3095.10-3 Ns/m2 Thay sè liÖu ®· tÝnh ®­îc ta cã
Y = 1,2e-4.0,5024 = 0,1586 Chän lo¹i ®Öm vßng Rasiga b»ng sø ®æ lén xén nh­ ®· chän ë trªn. Tõ c«ng thøc:
[II – 187]
(s2 = 1,59 m/s (s = 1,26 m/s LÊy ( = 0,8(s ( = 0,8.1,26 = 1,008 m/s VËy ®­êng kÝnh cña ®o¹n luyÖn lµ:
m. Quy chuÈn ®­êng kÝnh ®o¹n luyÖn lµ DC = 1,6 m * Thö l¹i ®iÒu kiÖn lµm viÖc thùc tÕ: - Tèc ®é h¬i thùc tÕ ®i trong ®o¹n ch­ng lµ:
m/s Tû sè gi÷a tèc ®é thùc tÕ vµ tèc ®é sÆc lµ:
VËy chän ®­êng kÝnh lµ 1,6 m cã thÓ chÊp nhËn ®­îc. * KiÓm tra c¸ch chän ®Öm:
m
VËy víi kÕt qu¶ tÝnh to¸n ®­îc vµ s¬ víi ®iÒu kiÖn thùc tÕ th× ta lÊy ®­êng kÝnh phÇn ch­ng lµ 1,6 m vµ ®Öm nh­ ®· chän lµ hîp lý. VI. TÝnh chiÒu cao th¸p: - §èi víi th¸p ®Öm, chiÒu cao lµm viÖc cña th¸p hay chiÒu cao líp ®Öm ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: H = h®v.my (m) [II – 175] Trong ®ã: h®v: chiÒu cao cña mét ®¬n vÞ chuyÓn khèi, m my: sè ®¬n vÞ chuyÓn khèi x¸c ®Þnh theo nång ®é pha h¬i. 1. TÝnh chiÒu cao ®o¹n luyÖn: a. TÝnh chiÒu cao cña mét ®¬n vÞ chuyÓn khèi: - ChiÒu cao cña mét ®¬n vÞ chuyÓn khèi cña th¸p ®Öm phô thuéc vµo ®Æc tr­ng cña ®Öm vµ tr¹ng th¸i pha, ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc.
[II – 177] Trong ®ã: h1: chiÒu cao cña mét ®¬n vÞ chuyÓn khèi ®èi víi pha h¬i h2: chiÒu cao cña mét ®¬n vÞ chuyÓn khèi ®èi víi pha láng m: hÖ sè ph©n bè trung b×nh ë ®iÒu kiÖn c©n b»ng pha Gy, Gx: l­u l­îng h¬i vµ láng trung b×nh ®i trong th¸p, kg/s * TÝnh chiÒu cao cña mét ®¬n vÞ chuyÓn khèi h1, h2:
, m [II – 177]
,m [II – 177] Trong ®ã: a: hÖ sè phô thuéc vµo d¹ng ®Öm, víi ®Öm vßng th× a = 0,123 (x: ®é nhít cña pha láng, Ns/m2 V®: thÓ tÝch tù do cña ®Öm, m3/m3 (x: khèi l­îng riªng cña láng, kg/m3 (: hÖ sè thÊm ­ít cña ®Öm, nã phô thuéc vµo tû sè gi÷a mËt ®é t­íi thùc tÕ lªn tiÕt diÖn ngang cña th¸p vµ mËt ®é t­íi thÝch hîp, x¸c ®Þnh theo ®å thÞ IX.16 [II - 178] Víi
: mËt ®é t­íi thùc tÕ, m3/m2.h Utt = B.(® : mËt ®é t­íi thÝch hîp, m3/m2.h Trong ®ã: Vx: l­u l­îng thÓ tÝch cña chÊt láng, m3/h Ft: diÖn tÝch mÆt c¾t th¸p, m2 (®: bÒ mÆt riªng cña ®Öm, m2/m3 B: h»ng sè, B = 0,065 m3/m.h B¶ng IX.6 trong [II – 177] - Chän ®Öm lo¹i vßng Rasiga cã c¸c th«ng sè : 30x30x3,5mm V® = 0,76 m3/m3 (® = 165 m2/m3 a = 0,123 * X¸c ®Þnh (: Ta cã
; Uth = B.(® Mµ
m2
m3/h
m3/m2.h (® = 165 m2/m3 Uth = 0,065.165 = 10,725 m3/m2.h
Tra h×nh IX.16 trong [II – 178] ta ®­îc (L = 1 * X¸c ®Þnh chuÈn sè Reynon: - ChuÈn sè Reynon cña pha h¬i:
[II – 178] Ta cã (y = (hh ®­îc tÝnh theo
[I – 85] Trong ®ã: Mhh, MA, MB: khèi l­îng ph©n tö cña hçn hîp vµ cÊu tö Benzen vµ Toluen. (hh, (A, (B: ®é nhít cña hçn hîp vµ cÊu tö Benzen vµ Toluen. m1, m2: nång ®é cña Benzen vµ Toluen tÝnh theo phÇn thÓ tÝch. §èi víi hçn hîp khÝ th× nång ®é phÇn thÓ tÝch b»ng nång ®é phÇn mol, nªn m1 = y1, m2 = y2 = 1 - y1. Thay vµo ta cã:


a1, a2: nång ®é phÇn khèi l­îng cña Benzen vµ Toluen. Ta cã
phÇn mol
a1 = 0,599 phÇn khèi l­îng Tõ dông to¸n ®å h×nh I.35 trong [I – 117] víi XA = 8,8; YA = 13,0; XB = 8,5; YB =13,2 vµ to = 960C ta t×m ®­îc.
N.s/m2
N.s/m2
=> (hh = 0.1547.10-3 N.s/m2
- ChuÈn sè Reynon cña pha láng:
[II – 178] Trong ®ã: Gx: l­u l­îng láng trung b×nh ®i trong th¸p, phÇn tr­íc ®· tÝnh ®­îc Gx = 4,919kg/s Ft: diÖn tÝch mÆt c¾t cña th¸p, Ft = 2,0096 m2 (® = 165 m2/m3 (x = 0,298.10-3Ns/m2 VËy chuÈn sè Reynon cña pha láng lµ:
* X¸c ®Þnh chuÈn sè Pran: - ChuÈn sè Pran cña pha h¬i:
[II – 178] HÖ sè khuyÕch t¸n Dy trong pha h¬i tÝnh theo.
, m2/s [II – 127] Trong ®ã: T: nhiÖt ®é trung b×nh cña h¬i, 0K P: ¸p suÊt chung cña h¬i, P = 1at. MA = 78: khèi l­îng ph©n tö cña cÊu tö Benzen. MB = 92: khèi l­îng ph©n tö cña cÊu tö Toluen. vA, vB: thÓ tÝch mol cña h¬i Benzen vµ Toluen , cm3/nguyªn tö
cm3/nguyªn tö
cm3/nguyªn tö PhÇn tr­íc ta ®· t×m ®­îc nhiÖt ®é trung b×nh cña pha h¬i trong ®o¹n luyÖn lµ
, vËy T = 335,27450K. VËy ta cã:
= 5,322.10-6 m2/s. Thay c¸c gi¸ trÞ tÝnh ®­îc vµo ta cã:
* ChuÈn sè Pran cña pha láng:
[II – 178] HÖ sè khuyÕch t¸n Dx cña pha láng ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: Dx = D20.[1 + b.(t - 20)] [II – 134] Víi
(: khèi l­îng riªng cña dung m«i Benzen ë 200C, kg/m3; tra ë b¶ng I.2 trong [I-9] ta ®­îc ( = 866 kg/m3 (: ®é nhít cña dung m«i Benzen ë 200C, cP; ( = (2 = 0,586 cP
HÖ sè khuyÕch t¸n cña láng ë 20oC lµ:
, m2/s [II – 133] Trong ®ã: A, B: hÖ sè liªn hîp kÓ ®Õn ¶nh h­ëng cña Benzen vµ Toluen. Do Benzen vµ Toluen lµ nh÷ng chÊt láng kh«ng liªn kÕt nªn A = 1; B = 1.
, m2/s NhiÖt ®é trung b×nh cña láng trong ®o¹n luyÖn lµ to = 93,5oC. VËy ta cã: Dx = 2,3.10-9[1 + 0,0161.(93,5 - 20)] Dx = 5,022.10-9 m2/s Thay c¸c gi¸ trÞ vµo ta cã:
VËy:
,m
h1 = 0,318m
,m
h2 = 0,13677m b. TÝnh m: - Chän c¸c gi¸ trÞ x bÊt kú, t¹i mçi gi¸ trÞ x ®ã ta t×m gãc nghiªng cña ®­êng c©n b»ng. Tõ c¸c gi¸ trÞ t×m ®­îc tÝnh m theo c«ng thøc
[II – 125] - Dùa vµo c¸c gi¸ trÞ ®· chän trªn ®­êng c©n b»ng, ta tÝnh ®­îc m = 0,541. c. TÝnh sè ®¬n vÞ chuyÓn khèi my: - Sè ®¬n vÞ chuyÓn khèi tÝnh theo pha h¬i.
[II – 176] y*: thµnh phÇn mol c©n b»ng cña pha h¬i, %mol y: thµnh phÇn mol lµm viÖc cña pha h¬i, %mol øng víi mçi gi¸ trÞ cña x( {0,37; 0,96} ta t×m ®­îc mét gi¸ trÞ cña y* t­¬ng øng vµ theo ®­êng lµm viÖc cña ®o¹n luyÖn y = 0,75x + 0,25 ta x¸c ®Þnh ®­îc y. B¶ng 4. X  Y*  Y  1/y*-y   0,314  0,525  0,488  27,03   0,35  0,562  0,51  19,23   0,4  0,619  0,55  14,49   0,45  0,678  0,592  11,63   0,5  0,712  0,625  11,49   0,55  0,742  0,662  12,5   0,6  0,79  0,722  14,29   0,65  0,8402  0,735  14,93   0,7  0,854  0,80  18,52   0,75  0,882  0,83  19,23   0,8  0,91  0,868  23,81   0,85  0,93  0,884  27,78   0,9  0,959  0,93  34,48   0,95  0,98  0,96  50   0,983  0,99  0,98  100   Tõ b¶ng sè liÖu trªn ta vÏ ®å thÞ
(§å thÞ h×nh 10). Tõ ®å thÞ ta tÝnh ®­îc diÖn tÝch phÇn g¹ch chÐo lµ S = 10,52 (Xem ®å thÞ 10) Víi tû lÖ trôc hoµnh 1.100 vµ tû lÖ trôc tung lµ 1/100 ta cã: my = 10,52. 100.1/100 my = 10,52 Thay c¸c gi¸ trÞ : h1 = 0,318 m h2 = 0,13667 m m = 0,541 my = 10,52 Gx = 4,919 kg/s Gy = 8,337 kg/s
h®v = 0,4433 m VËy chiÒu cao líp ®Öm cña ®o¹n luyÖn lµ: HL = h®v . my = 0,4433 . 10,52 = 4,66m 2. ChiÒu cao cña ®o¹n ch­ng: C¸c c«ng thøc còng nh­ ý nghÜa c¸c ký hiÖu cã trong c¸c c«ng thøc tÝnh chiÒu cao ®o¹n ch­ng t­¬ng tù nh­ ®èi víi ®o¹n luyÖn, chØ kh¸c vÒ trÞ sè nªn trong phÇn nµy kh«ng gi¶i thÝch l¹i. a. TÝnh chiÒu cao cña mét ®¬n vÞ chuyÓn khèi h1, h2: * TÝnh (
[II – 177]
m2
m3/h
m3/m2.h (® = 165 m2/m3 Uth = 0,065.165 = 10,725 m3/m2.h
Tra h×nh IX.16 trong [II – 178] ta lÊy (L = 1 * X¸c ®Þnh chuÈn sè Reynon: ChuÈn sè Reynon cña pha h¬i:
[II – 178] Ta cã (y = (hh ®­îc tÝnh theo
[I – 85] §èi víi hçn hîp khÝ th× nång ®é phÇn thÓ tÝch b»ng nång ®é phÇn mol, nªn m1 = y1, m2 = y2 = 1 - y1. Thay vµo ta cã:


Trong ®ã; a1, a2: nång ®é phÇn khèi l­îng cña Benzen vµ Toluen. Ta cã
phÇn mol
a1 = 0,1953 phÇn khèi l­îng Tõ dông to¸n ®å h×nh I.35 trong [I – 117] víi XA = 8,8; YA = 13,0; XB = 8,5; YB =13,2 vµ to = 82,60C ta t×m ®­îc.
N.s/m2
N.s/m2
=> (hh = 0,3126.10-3 N.s/m2
ChuÈn sè Reynon cña pha láng:
[II – 178] Ta cã Gx = 9,363 kg/s Ft = 2,0096 m2 (® = 165 m2/m3 (x = 0,287.10-3Ns/m2 VËy chuÈn sè Reynon cña pha láng lµ:
* X¸c ®Þnh chuÈn sè Pran: ChuÈn sè Pran cña pha h¬i:
[II – 178] HÖ sè khuyÕch t¸n Dy trong pha h¬i tÝnh theo.
, m2/s [II – 127] Trong ®ã: MA = 78 kg/kmol. MB = 92kg/kmol.
cm3/nguyªn tö cm3/nguyªn tö PhÇn tr­íc ta ®· t×m ®­îc nhiÖt ®é trung b×nh cña pha h¬i trong ®o¹n ch­ng lµ
, vËy T = 82,6 + 273 = 355,60K. VËy ta cã:
= 5,086.10-6 m2/s. Thay c¸c gi¸ trÞ tÝnh ®­îc vµo ta cã:
ChuÈn sè Pran cña pha láng:
[II – 178] HÖ sè khuyÕch t¸n Dx cña pha láng ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: Dx = D20.[1 + b.(t - 20)] [II – 134] ë phÇn tr­íc ®· tÝnh ®­îc D20 = 2,3.10-3 m2/s, víi b = 0,0168 NhiÖt ®é trung b×nh cña láng trong ®o¹n luyÖn lµ to = 106,8oC. VËy ta cã: Dx = 2,79.10-9[1 + 0,0168.(106,8 - 20)] Dx = 5,654.10-9 m2/s Thay c¸c gi¸ trÞ vµo ta cã:
VËy:
,m
h1 = 0,0617 m
,m
h2 = 0,1596 m b. TÝnh m: - Chän c¸c gi¸ trÞ x bÊt kú, t¹i mçi gi¸ trÞ x ®ã ta t×m gãc nghiªng cña ®­êng c©n b»ng. Tõ c¸c gi¸ trÞ t×m ®­îc tÝnh m theo c«ng thøc
[II – 125] - Dùa vµo c¸c gi¸ trÞ ®· chän trªn ®­êng c©n b»ng, ta tÝnh ®­îc m = 1,52 c. TÝnh sè ®¬n vÞ chuyÓn khèi my: - Sè ®¬n vÞ chuyÓn khèi tÝnh theo pha h¬i.
[II – 176] Trong ®ã: y*: thµnh phÇn mol c©n b»ng cña pha h¬i, %mol y: thµnh phÇn mol lµm viÖc cña pha h¬i, %mol øng víi mçi gi¸ trÞ cña x( {0,04;0,37} ta t×m ®­îc mét gi¸ trÞ cña y* t­¬ng øng vµ theo ®­êng lµm viÖc cña ®o¹n ch­ng y = 2,028x - 0,0247 ta x¸c ®Þnh ®­îc y. B¶ng 5. X  Y*  y  1/y*-y   0,024  0,045  0,02  40   0,05  0,118  0,05  14,7   0,1  0,214  0,148  14,9   0,15  0,295  0,236  15,38   0,2  0,38  0,318  16,13   0,25  0,447  0,397  16,66   0,3  0,511  0,465  21,7   0,314  0,525  0,488  27,03   Tõ b¶ng sè liÖu trªn ta vÏ ®å thÞ
(®å thÞ h×nh 10). Tõ ®å thÞ ta tÝnh ®­îc diÖn tÝch phÇn g¹ch chÐo lµ S = 8,225 (Xem ®å thÞ 10) Víi tû lÖ trôc hoµnh 1.100 vµ tû lÖ trôc tung lµ 1/ 100 ta cã : my = 8,225.100.1/100 my = 8,225 Thay c¸c gi¸ trÞ : h1 = 0,0617 m h2 = 0,1596 m m = 1,52 my = 8,225 Gx = 9,363 kg/s Gy = 8,39 kg/s
h®v = 0,279 m VËy chiÒu cao líp ®Öm cña ®o¹n ch­ng lµ: HC = h®v . my = 0,279. 8,225 = 2,3m 3. TÝnh chiÒu cao cña toµn th¸p: H = HL + HC + H1 + H2 + H3 Trong ®ã: HL, HC: chiÒu cao ®o¹n luyÖn vµ ®o¹n ch­ng, m H1: kho¶ng c¸ch kh«ng gian phÇn ®Ønh th¸p ®Ó ®Æt ®Üa ph©n phèi chÊt láng vµ èng håi l­u s¶n phÈm ®Ønh, m H2: kho¶ng c¸ch kh«ng gian gi÷a ®o¹n ch­ng vµ ®o¹n luyÖn ®Ó ®Æt ®Üa tiÕp liÖu vµ èng dÉn hçn hîp ®Çu, m H3: kho¶ng c¸ch kh«ng gian cho håi l­u ®¸y vµ ®Ó ®Æt èng håi l­u s¶n phÈm ®¸y, m. Chän: H1 = H3 = 1m H2 = 1,2m VËy chiÒu cao toµn th¸p lµ H = 4,66 + 2,3 + 1 + 1,2 + 1 = 10,16m V. TÝnh trë lùc cña th¸p ®Öm. - Trë lùc ®èi víi th¸p ®Öm cã thÓ ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:
, N/m2 [II – 189] Trong ®ã: (P­ : tæn thÊt ¸p suÊt t¹i ®iÓm ®¶o pha cã tèc ®é cña khÝ b»ng tèc ®é cña khÝ khi ®i qua ®Öm kh«, N/m2. (Pk: tæn thÊt ¸p suÊt cña ®Öm kh«, N/m2. Gx, Gy: l­u l­îng cña láng vµ cña khÝ, kg/s. (x, (y: khèi l­îng riªng cña láng vµ cña khÝ, kg/m3 A = 5,15 [II – 189] 1. Trë lùc cña ®o¹n luyÖn: * TÝnh chuÈn sè Reynon:
[II – 188]
[II – 188]
m Ta cã: (y = 2,74 kg/m3 (x = 793,69 kg/m3 (y = 0,1547.10-3 Ns/m2 g = 9,81 m/s2

kg/m2.s
kg/m2.s
V× Rey > 400 nªn tæn thÊt ¸p suÊt cña ®Öm kh« x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:
[II – 189]
N/m2 VËy trë lùc cña ®o¹n luyÖn lµ:
(P­ = 3230,84 N/m2 2. Trë lùc cña ®o¹n ch­ng: * TÝnh chuÈn sè Reynon:
[II – 188]
[II – 188]
m Ta cã: (y = 2,825kg/m3 (x = 783,8 kg/m3 (y = 0,3126.10-3 Ns/m2 g = 9,81 m/s2

kg/m2.s
kg/m2.s
V× Rey < 400 nªn tæn thÊt ¸p suÊt cña ®Öm kh« x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:
[II – 189]
N/m2 VËy trë lùc cña ®o¹n ch­ng lµ:
(P­ = 4929,4 N/m2 VËy trë lùc cña toµn th¸p lµ: (P­ = (P­L + (P­C (P­ = 3230,84 + 4929,4 = 8160,24 N/m2 PhÇn III TÝnh c©n b»ng nhiÖt l­îng S¬ ®å thiÕt bÞ ch­ng luyÖn (dïng ®Ó tÝnh c©n b»ng nhiÖt l­îng) Môc ®Ých cña viÖc tÝnh c©n b»ng nhiÖt l­îng lµ ®Ó x¸c ®Þnh l­îng n­íc l¹nh cÇn thiÕt cho qu¸ tr×nh ng­ng tô, lµm l¹nh còng nh­ ®Ó x¸c ®Þnh l­îng h¬i ®èt cÇn thiÕt khi ®un nãng hçn hîp ®Çu ®Ó ®­a vµo ®Üa tiÕp liÖu vµ l­îng h¬i ®¸y th¸p. §Ó tÝnh to¸n cho c¸c thiÕt bÞ ®ã ta cÇn dùa vµo s¬ ®å c©n b»ng nhiÖt l­îng (S¬ ®å trªn) 1. C©n b»ng nhiÖt l­îng cho thiÕt bÞ gia nhiÖt hçn hîp ®Çu: QD1 + Qf = QF + Qng1 + Qxq1 (J/h) [II – 196]. Trong ®ã: QD1: NhiÖt l­îng do h¬i ®èt mang vµo. J/h. Qf: NhiÖt l­îng do hçn hîp ®Çu mang vµo. J/h. QF: NhiÖt l­îng do hçn hîp ®Çu mang ra. J/h. Qng1: NhiÖt l­îng do n­íc ng­ng mang ra. J/h. Qxq1: NhiÖt l­îng mÊt ra m«i tr­êng xung quanh. J/h. - L­îng h¬i ®èt cÇn thiÕt ®Ó ®un nãng hçn hîp ®Çu ®Õn nhiÖt ®é s«i lµ: D1 =
, kg/h Trong ®ã: D1: l­îng h¬i ®èt, kg/h CF: nhiÖt dung riªng cña hçn hîp khÝ ®i ra, J/kg ®é Cf: nhiÖt dung riªng cña hçn hîp ®Çu, J/kg ®é tF: nhiÖt ®é hçn hîp khi ra khái thiÕt bÞ ®un nãng, 0C tf: nhiÖt ®é cña hçn hîp ®Çu, 0C F: l­îng hçn hîp ®Çu, kg/h Ta cã: F = 12600 kg/h tF = t0S = 97,6o Chän tf = 20oC * TÝnh CF, Cf: CF, Cf: ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: CF = aA.Ca + CB.aB , J/kg ®é. Trong ®ã: aA.: nång ®é phÇn khèi l­îng cña Benzen . aB.: nång ®é phÇn khèi l­îng cña Toluen. CA: nhiÖt dung riªng cña Axet«n, J/kg ®é CB: nhiÖt dung riªng cña Benzen, J/kg ®é Cã aA = 0,28 aB = 1- aA = 1- 0,28 = 0,72. Tõ tF = 97,6 0C néi suy trong I 153 [I – 171] ta cã CA = 2045,2 J/kg ®é. CB = 1990,8 J/kg ®é. Suy ra CF = 0,28 x 2045,2 + 0,72 x 1990,8 = 2006,032 J/kg ®é. Tõ tf = 200C néi suy trong I.153 [I-171] ta cã CA’ = 1730 J/kg ®é. CB’ = 1710 J/kg ®é. Suy ra Cf = 0,28 x 1730 + 0,72 x 1710 = 1715,6 J/kg ®é. * TÝnh r1. r1: Èn nhiÖt ho¸ h¬i cña h¬i ®èt J/kg. Dïng h¬i n­íc b·o hoµ nªn ta chän P = 2 at khi ®ã t = 119,6 (oC). r1 = 2208.103 J/kg. D1 =
=
kg/h. VËy nhiÖt l­îng do h¬i ®èt mang vµo: QD1 = D1.(1 = D1(r1 +01C1). [II – 196]. Trong ®ã: (1: Hµm nhiÖt cña h¬i ®èt J/kg. r1: Èm nhiÖt ho¸ h¬i cña h¬i ®èt J/kg. 01: NhiÖt ®é n­íc ng­ng = 119,60C. C1: NhiÖt dung riªng cña n­íc ng­ng. QD1 = 1382,184(2208.103 + 119,6x2156,62) = - NhiÖt l­îng do hçn hîp ®Çu mang vµo: Qf = F.Cf.tf [[II – 196]. Trong ®ã: F: L­îng hçn hîp ®Çu, kg/h. Cf: NhiÖt dung riªng cña hçn hîp ®Çu khi vµo, J/kg ®é. tf: NhiÖt ®é cña hçn hîp ®Çu khi vµo, 0C. Thay sè ta cã: Qf = 12600.1715,6.20 = 432331200 J/h. - NhiÖt l­îng do hçn hîp ®Çu mang ra: QF = F.CF.tF [[II – 196]. Trong ®ã: F: L­îng hçn hîp ®Çu, kg/h. CF: NhiÖt dung riªng cña hçn hîp ®Çu khi ®i ra, J/kg ®é. tF: NhiÖt ®é cña hçn hîp ®Çu khi ®i ra, 0C. Thay sè ta cã: Qf = 12600.2006,032.97,6 = 2466937912 J/h. 2. C©n b»ng nhiÖt l­îng cña th¸p ch­ng luyÖn: Tæng nhiÖt l­îng mang vµo b»ng tæng nhiÖt l­¬ng mang ra: QF +
+ QR = Qy + Qw + Qm + Qng2 [II-197] Trong ®ã:
: nhiÖt l­îng do h¬i ®èt mang vµo th¸p, J/h. QF: nhiÖt l­îng do hçn hîp ®Çu mang vµo th¸p, J/h. QR: nhiÖt l­îng do l­îng láng håi l­u mang vµo th¸p, J/h. Qy: nhiÖt l­îng do h¬i ®èt mang ra ë ®Ønh th¸p, J/h. Qw: nhiÖt l­îng do s¶n phÈm ®¸y mang ra, J/h. Qng2: nhiÖt l­îng do n­íc ng­ng mang ra th¸p, J/h. Qm: nhiÖt l­îng do tæn thÊt ra m«i tr­êng xung quanh, J/h. * TÝnh QR: QR = GR. CR .tR: [II-197] Trong ®ã: GR: l­îng láng håi l­u, kg/h GR = P.Rx = 6339.3,17 = 20094,63 kg/h tR : nhiÖt ®é cña chÊt láng håi l­u, oC tR = tp =82,6oC CR: nhiÖt dung riªng cña chÊt láng håi l­u, J/kg ®é. CR =

Cã aA = aP = 0,98 CA, CB: nhiÖt dung riªng cña Benzen vµ Toluen ë 82,6oC. Néi suy theo to = 82,6oC trong I.153 [I-171] ta cã: CA = 2046,05 J/kg ®é CB = 2004,7 J/kg ®é. CR = Chçn h¬p = 0,98.2046,05 + (1- 0,98).2004,7 = 2045,223 J/kg ®é. QR = GR . CR .tR = 8204.2045,223.82,6 = 1385946184,1 J/kg ®é. * TÝnh Qy: Qy =P.(1 + Rx)(® , J/h [II-197] Trong ®ã: (®: nhiÖt l­¬ng riªng cña h¬i ë ®Ønh th¸p, J/kg. (® = (1.a1 + (2.a2 [II-197] (® = (1.a1 + (2.(1 - a2) (1 , (2 :nhiÖt l­îng riªng cña Benzen vµ Toluen ë ®Ønh th¸p, J/kg (1 = r1 + tP.C1 (2 = r2 + tP.C2 Víi tP = 82,6 0C néi suy theo b¶ng I 153 [I –171] ta cã: C1 = 2046,05 J/kg ®é C2 = 2004,7 J/kg ®é Víi tP = 82,6 0C néi suy theo b¶ng I 212 [I –154] ta cã: r1 = 406,308.103 J/kg r2 = 387,729.103 J/kg (1 = 406,308.103 + 82,6. 2046,05 = 580507,27 J/kg. (2 = 387,729.103 + 82,6.2004,7 = 557744,58 J/kg. (® = 58050,27.0,98 + (1- 0,98).557744,58 = 580052,016 J/kg. Qy = 2800(1+2,93).580052,016 = 3682892386 J/h. *TÝnh Qw: Qw = W. Cw .tw ,J/h [II-197] Trong ®ã: W: l­îng s¶n phÈm ®¸y, kg/h. W = 9800 kg/h. tw : nhiÖt ®é cña s¶n phÈm ®¸y, oC tw = 100,5oC Cw: nhiÖt dung riªng cña s¶n phÈn ®¸y, J/kg.®é Cw = a1.C1 + (1 – a1).C2 a1 = aw = 0,02 C1, C2. Néi suy trong b¶ng I.153 [I – 171] ë to = 100,5oC ta cã: C1 = 2121,5 J/kg ®é C2 = 2071,5 J/kg ®é Cw = 0,02.2121, 5 + (1 – 0,02).2071,5 Cw = 2072,5 J/kg.®é VËy Qw = W. Cw .tw = 9800.2072,5.100,5 = 2041205250 J/h * TÝnh Qng2 theo D2: Qng2 = Gng2 .C2 . (2 , J/h [II – 198] Trong ®ã: Gng2: l­îng n­íc ng­ng tô, kg/h C2: nhiÖt dung riªng cña n­íc ng­ng, J/kg.®é (2:nhiÖt ®é cña n­íc ng­ng, 0C ta cã (2 = 119,6oC Gng2 = D2: l­îng h¬i ®èt cÇn thiÕt ®Ó ®un s«i dung dÞch ®¸y th¸p. Néi suy C2 theo (2 theo b¶ng I.149 [I – 168] ta cã: C2 = 2156,62 J/kg ®é Qng2 = D2.2156,62.119,6 = 257931,752.D2, J/h *TÝnh Qm theo D2: Qm = 0,05.D2.r2, J/h [II – 198] Tra b¶ng I.251 [I – 314] ë to = 119,6oC ta cã r2 = 2208.103 J/kg Qm = 0,05.2208.103 D2 = 110400.D2 J/h * TÝnh
theo D2:
= D2. (2 , J/h [II – 197] (2: hµm nhiÖt cña h¬i ®èt, J/kg (2 = r2 + (2.C2 (2 = 2208.103 + 119,6.2156,62 (2 = 2465931,752 J/kg
= 2465931,752 .D2 * TÝnh D2: Thay c¸c gi¸ trÞ nhiÖt l­îng Q ®· tÝnh ®­îc vµo c«ng thøc: QF +
+ QR = Qy + Qw + Qm + Qng2 [II-197] Ta tÝnh ®­îc D2 = 831,65 kg/h 3. C©n b»ng nhiÖt l­îng cho thiÕt bÞ ng­ng tô: XÐt thiÕt bÞ ng­ng tô chØ ng­ng tô l­îng håi l­u. P .Rx.r = Gn1.Cn (t2 – t1), kg/h [II – 198]
, kg/h [II – 198] Trong ®ã: Gn1: l­îng n­íc l¹nh tiªu tèn cÇn thiÕt, kg/h t1: nhiÖt ®é vµo cña n­íc, t1 = 20oC t2: nhiÖt ®é ra cña n­íc, ta chän t2 = 45oC ®Ó tr¸nh hiÖn t­îng ®ãng cÆn l¹i trªn bÒ mÆt truyÒn nhiÖt vµ tr¸nh sù kÕt tña cña c¸c muèi.
oC Rx: chØ sè håi l­u, Rx = 2,93 Cn : nhiÖt dung riªng cña n­íc ë totb = 32,5oC. Néi suy trong b¶ng I.149 [I – 168] ta ®­îc Cn = 4180,1 J/kg.®é P: l­îng s¶n phÈm ®Ønh, P = 2800 kg/h r: Èm nhiÖt ng­ng tô ë hçn hîp ®Çu, J/kg. r = a1.r1 + (1-a1).r2 a1 = 0,98 phÇn khèi l­îng T¹i to = top = 82,6oC, néi suy theo b¶ng I.212 [I – 254] ta cã: r1 = 406,308.103 J/kg r2 = 387,729.103 J/kg r = 0,98.406,308.103 + (1-0,98). 387,729.103 r = 405936,42 J/kg L­îng n­íc l¹nh tiªu tèn cÇn thiÕt lµ:
kg/h 4. C©n b»ng nhiÖt l­îng cho thiÕt bÞ lµm l¹nh: P[r + Cp (t’1 – t’2)] = Gn3 Cn (t2 – t1) [II – 198] Trong ®ã: Gn3: l­îng n­íc l¹nh, kg/h P: l­îng s¶n phÈm ®Ønh, kg/h t’1: nhiÖt ®é ®Çu vµo cña s¶n phÈm ®Ønh ®· ng­ng tô, t’1 = tp = 82,6oC t’2: nhiÖt ®é cuèi cña s¶n phÈm ®Ønh ®· ng­ng tô, chän t’2 = 25oC t1 = 20oC t2 = 25oC Cn = 4180,1 J/kg.®é Cp: nhiÖt dung riªng cña s¶n phÈm ®Ønh ®· ng­ng tô, J/kg.®é Cp = CR = Chh = 2045,223 J/kg.®é r: Èn nhiÖt ng­ng tô cña hçn hîp ë ®Ønh th¸p, J/kg r = 515954,9173 J/kg VËy l­îng n­íc l¹nh cÇn thiÕt cho thiÕt bÞ lµm l¹nh lµ:
Gn3 = 14129,715 kg/h PhÇn IVTÝnh to¸n c¬ khÝ. I. TÝnh c¸c ®­êng èng dÉn: - §­êng kÝnh c¸c èng dÉn vµ cöa ra vµo cña thiÕt bÞ ®­îc x¸c ®Þnh tõ ph­¬ng tr×nh l­u l­îng.
[I – 369]
,m [I – 369] Trong ®ã: (: vËn tèc trung b×nh cña l­u thÓ ®i trong èng, m/s V: l­u l­îng thÓ tÝch cña l­u thÓ, m3/s
G: l­u l­îng cña dßng pha, kg/s (: khèi l­îng riªng trung b×nh cña dßng pha ®ã, kg/m3 1. TÝnh ®­êng kÝnh èng dÉn s¶n phÈm ®Ønh:
(®: khèi l­îng riªng cña h¬i ë ®Ønh th¸p, kg/m3
kg/m3 g® = gtbL = 20508,03 kg/h
m3/s Chän tèc ®é h¬i ( = 20m/s
m Quy chuÈn dt = 300mm. 2. TÝnh ®­êng kÝnh èng dÉn håi l­u s¶n phÈm ®Ønh:
GR = P.R = 2800.2,93 = 8204kg/h; l­îng s¶n phÈm håi l­u. (R: khèi l­îng riªng cña s¶n phÈm håi l­u t¹i to = tp = 82,6oC
Víi tp = 82,6oC. Néi suy theo b¶ng I.2 [I – 9] ta cã: (A = 812,14kg/m3 (B = 805,4kg/m3
=> ( = 812 kg/m3
m3/s Chän vËn tèc l­îng håi l­u: ( = 0,5 m/s
m Quy chuÈn dt = 100mm. 3. TÝnh ®­êng kÝnh èng dÉn liÖu: L­u l­îng hçn hîp ®Çu ®i vµo th¸p
F = 12600kg/h (F: khèi l­îng riªng cña hçn hîp ®Çu vµo t¹i to = tF = 97,6oC
Víi tF = 97,6oC. Néi suy theo b¶ng I.2 [I – 9] ta ®­îc (A = 795,64 kg/m3 (B = 790,4 kg/m3
=> ( = 791,86 kg/m3
m3/s Chän vËn tèc l­îng håi l­u: ( = 0,3 m/s
m Quy chuÈn dt = 150 mm. 4. TÝnh ®­êng kÝnh èng dÉn s¶n phÈm ®¸y:
W = 9800kg/h (w: khèi l­îng riªng cña s¶n phÈm ®¸y ë to = tF = 100,5oC
Víi tF = 100,5oC. Néi suy theo b¶ng I.2 [I – 9] ta ®­îc (A = 792,4 kg/m3 (B = 787,45 kg/m3
=> ( = 787,45 kg/m3
m3/s Chän vËn tèc l­îng håi l­u: ( = 0,3 m/s
m Quy chuÈn dt = 100 mm. 5. TÝnh ®­êng kÝnh èng dÉn l­îng håi l­u s¶n phÈm ®¸y:
(y: khèi l­îng riªng cña h¬i ë ®¸y th¸p, kg/m3
kg/m3 Gy = g’tbC = 30205,879 kg/h
m3/s Chän tèc ®é h¬i ( = 20m/s
m Quy chuÈn dt = 400mm. II. TÝnh chiÒu dµy cña th©n th¸p h×nh trô: - Th¸p ch­ng luyÖn cã th©n h×nh trô ®Æt th¼ng ®øng lµm viÖc ë kho¶ng nhiÖt ®é t = 25 ( 100oC vµ ë ¸p suÊt th­êng nªn ta chän vËt liÖu lµm th©n h×nh trô b»ng thÐp cacbon ký hiÖu CT3. ThÐp nµy bÒn nhiÖt. C¸c hÖ sè trong b¶ng XII.4 [II – 309] vµ [II – 313]. B¶ng 6. VËt liÖu  Giíi h¹n bÒn kÐo (k (N/m3)  Giíi h¹n bÒn ch¶y  HÖ sè gi·n at (1/oC)  Khèi l­îng riªng ( (kg/m3)  HÖ sè dÉn nhiÖt W/m.®é   CT3  380.106  240.106  11,0.106  7,85.103  50,0   Tèc ®é rØ: 0,06mm/n¨m Thêi gian lµm viÖc tõ 15 ( 20n¨m ThiÕt bÞ hµn tay b»ng hå quang ®iÖn, kiÓu hµn ghÐp nèi hai bªn. (h = 0,95 b¶ng XIII.8 [II – 362] Gi¶ sö thiÕt bÞ lµm viÖc ë ¸p suÊt th­êng, Pmt = 105 N/m2 (: khèi l­îng riªng cña hçn hîp trong th¸p, kg/m3
kg/m3 P1: ¸p suÊt thuû tÜnh trong thiÕt bÞ, N/m2 P1 = g.(.Ht , N/m2 P1 = 9,81.788,745. 10,16 = 87092,66 N/m2 Ptt: ¸p suÊt tÝnh to¸n cho thiÕt bÞ Ptt = Pmt + P1 = 105 + 87092,66 = 187092,66 N/m2
, N/m2 [II – 355] ThiÕt bÞ thuéc nhãm 2 lo¹i II cã ( = 1 b¶ng XIII.2 [II – 356] nk = 2,6 tra b¶ng XIII.3 [II – 356] (k = 380.106
N/m2
, N/m2 [II – 355] Chän nc = 1,5 ( = 1 (c = 240.106
,N/m2 Chän
= 146.106, N/m2 Trªn th©n h×nh trô cã 2 lç ®­êng kÝnh 150mm ®Ó l¾p kÝnh quan s¸t ë c¸c vÞ trÝ quan s¸t ph©n phèi chÊt láng vµ chÊt láng håi l­u.
[II – 362] L: chiÒu cao th©n h×nh trô, L = Ht = 10,16m.
HÖ sè bæ xung C. C = C1 + C2 + C3 [II – 363] Trong ®ã: C1: bæ xung do ¨n mßn xuÊt ph¸t tõ ®iÒu kiÖn ¨n mßn vËt liÖu cña m«i tr­êng vµ thêi gian lµm viÖc cña thiÕt bÞ, (m). Víi thÐp CT3 cã vËn tèc ¨n mßn kho¶ng 0,06mm/n¨m, thêi gian lµm viÖc lµ 15 ( 20 n¨m, ta chän C1 = 1mm C2: ®¹i l­îng bæ xung bµo mßn chØ cÇn tÝnh trong tr­êng hîp nguyªn liÖu cã chøa c¸c h¹t r¾n chuyÓn ®éng víi vËn tèc ®é lín ë trong thiÕt bÞ, ta bá qua C2. C3: bæ xung do dung sai, phô thuéc chiÒu dµy tÊm vËt liÖu, chän C3 = 0,8mm. C = 1 + 0 + 1 = 2 mm ChiÒu dµy thiÕt bÞ ®­îc tÝnh theo c«ng thøc sau:
[II – 360] V× gi¸ trÞ
, cã thÓ bá qua ®¹i l­îng P ë mÉu sè cña c«ng thøc tÝnh chiÒu dµy thiÕt bÞ.
S = (1,062 + 2).10-3 = 3,062.10-3 m LÊy S = 4mm KiÓm tra øng suÊt theo c«ng thøc XIII.26 [II – 365]
[II – 365] Po = Pth + P1 [II – 358] P1 = g.(.Ht (: khèi l­îng riªng cña n­íc ë nhiÖt ®é trung b×nh cña th¸p. Ta cã
oC. Víi nhiÖt ®é trung b×nh cña th¸p lµ 93,57oC, néi suy theo b¶ng I.2 trong [I - 9] ta ®­îc: ( = 796,85 kg/m3. P1 = 9,81.796,85.10,16 = 7314459 N/m2 Pth: ¸p suÊt thuû lùc häc, theo b¶ng XIII.5 [II – 358] th× Pth = 1,5.P = 1,5. 7314459 = 1097168,85 N/m2 => Po = 1097168,85 + 731445,9 = 1828614,75 N/m2

N/m2
, VËy lÊy S = 4mm lµ hîp lý. III. TÝnh ®¸y vµ n¾p thiÕt bÞ: Chän ®¸y vµ n¾p d¹ng elÝp cã gê l¾p víi th©n thiÕt bÞ b»ng c¸ch ghÐp bÝch, ë t©m cã ®ôc lç ®Ó lÊy s¶n phÈm ®¸y vµ s¶n phÈm ®Ønh. VËt liÖu lµm ®¸y vµ n¾p b»ng thÐp CT3. ChiÒu dµy cña ®¸y vµ n¾p ®­îc tÝnh theo c«ng thøc:
, m [II – 385] Trong ®ã: hb: chiÒu cao phÇn nåi cña ®¸y vµ n¾p (m). Tra b¶ng XIII.10 [II – 382] ta cã: hb = 400mm (h: hÖ sè bÒn cña mèi hµn h­íng t©m h: chiÒu cao gê, m Chän n¾p hµn tõ hai nöa tÊm, hµn ®iÖn hai phÝa b»ng tay, tra [II – 362] ta cã: (h = 0,95 k: hÖ sè kh«ng thø nguyªn
[II – 385] d: ®­êng kÝnh lç ®¸y, n¾p thiÕt bÞ. Ta ®· tÝnh ®­îc d®¸y = 100mm; dn¾p = 300mm Dt: ®­êng kÝnh trong cña th¸p, Dt = 1,6m
V× gi¸ trÞ
, cã thÓ bá qua ®¹i l­îng P ë mÉu sè cña c«ng thøc tÝnh chiÒu dµy cña c«ng thøc tÝnh chiÒu dµy ®¸y vµ n¾p.
S = 1,136.10-3 + C = (1,136+ 2).10-3 = 3,136.10-3m LÊy S = 4mm S – C = 4 – 2 = 2 <10mm Thªm vµo C 2mm, ta ®­îc C = 2 + 2 = 4mm S = 4 + 2 = 6mm Thö øng suÊt.
[II – 386]
N/m2
N/m2 VËy ta chän Sn¾p = S®¸y = S = 6mm. Tra b¶ng XIII.12 [II – 385] ta cã h = 0,025m Tra b¶ng XIII. 11 [II – 384], víi ®­êng kÝnh Dt = 1600mm, S = 6mm, kh«ng tra ®­îc khèi l­îng cña ®¸y vµ n¾p, vËy ta chän l¹i S = 10mm, ta cã m = 137 kg VËy ta cã ®¸y vµ n¾p thiÕt bÞ víi c¸c th«ng sè sau: Dt = 1600mm S = 6mm hb = 400mm m = 137kg h = 25mm VI. Tra bÝch: * Chän bÝch liÒn b»ng thÐp nèi thiÕt bÞ: Do kh«ng thÓ chÕ t¹o ®­îc th©n th¸p víi chiÒu dµi lín nªn ta buéc ph¶i dïng bÝch ®Ó nèi c¸c phÇn l¹i víi nhau. Víi th¸p h×nh trô lµm viÖc ë ®iÒu kiÖn th­êng ta chän mÆt bÝch liÒn b»ng thÐp CT3 ®Ó nèi th©n víi ®¸y vµ n¾p thiÕt bÞ. Theo b¶ng XIII.27 [II – 417] B¶ng 7. Py.106  Dt  D  Db  §Oµn  Do  db  h  Z   N/m2  Mm  C¸i   0,1  1600      M20     Chän bÝch liÒn b»ng thÐp kim lo¹i ®en ®Ó nèi c¸c bé phËn cña thiÕt bÞ vµ èng: Theo b¶ng XIII.26 [II – 409] B¶ng 8. Tªn c¸c èng  Dy  Dn  D  D(  D1  db  h  Z    mm  C¸i   S¶n phÈm ®Ønh  300  325  440  400  370  M22  28  12   Håi l­u ®Ønh  100  108  215  180  168  M16  22  4   èng dÉn liÖu  150  159  280  240  212  M20  14  8   S¶n phÈm ®¸y  100  108  215  180  168  M16  22  4   Håi l­u ®¸y  400  426  565  515  482  M22  30  16   KÝch th­íc chiÒu dµi ®o¹n èng nèi: Dùa vµo ®­êng kÝnh cña c¸c èng ta tra ®­îc c¸c sè liÖu sau: Theo b¶ng XIII.32, [II - 434] B¶ng 9. Tªn c¸c èng  Dy  Py < 2,5.10-6N/m2    Mm   S¶n phÈm ®Ønh  300  140   Håi l­u ®Ønh  100  120   èng dÉn liÖu  150  130   S¶n phÈm ®¸y  100  120   Håi l­u ®¸y  400  150   V. TÝnh l­íi ®ì ®Öm, dÇm ®ì ®Öm, ®Üa ph©n phèi chÊt láng: 1. §Üa ph©n phèi chÊt láng, chän kiÓu ®Üa lo¹i 2, víi c¸c th«ng sè sau: Theo sè liÖu trong [IV – 121] B¶ng 10. §­êng kÝnh th¸p  §­êng kÝnh ®Üa  §­êng kÝnh èng  B­íc èng, t  Sè èng