Đồ án môn học Quá trình và thiết bị Chưng luyện Acid acetic - Nước

Chöông 1 GIÔÙI THIEÄU LYÙ THUYEÁT VEÀ CHÖNG CAÁT : Khaùi nieäm: Chöng caát laø quaù trình duøng ñeå taùch caùc caáu töû cuûa moät hoãn hôïp loûng cuõng nhö hoãn hôïp khí loûng thaønh caùc caáu töû rieâng bieät döïa vaøo ñoä bay hôi khaùc nhau cuûa caùc caáu töû trong hoãn hôïp (nghóa laø khi ôû cuøng moät nhieät ñoä, aùp suaát hôi baõo hoøa cuûa caùc caáu töû khaùc nhau). Thay vì ñöa vaøo trong hoãn hôïp moät pha môùi ñeå taïo neân söï tieáp xuùc giöõa hai pha nhö trong quaù trình haáp thu hoaëc nhaû khí, trong quaù trình chöng caát pha môùi ñöôïc taïo neân baèng söï boác hôi hoaëc ngöng tuï. Trong tröôøng hôïp ñôn giaûn nhaát, chöng caát vaø coâ ñaëc khoâng khaùc gì nhau, tuy nhieân giöõa hai quaù trình naøy coù moät ranh giôùi cô baûn laø trong quaù trình chöng caát dung moâi vaø chaát tan ñeàu bay hôi (nghóa laø caùc caáu töû ñeàu hieän dieän trong caû hai pha nhöng vôùi tyû leä khaùc nhau), coøn trong quaù trình coâ ñaëc thì chæ coù dung moâi bay hôi coøn chaát tan khoâng 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 caáu töû thì ta thu ñöôïc 2 saûn phaåm: Saûn phaåm ñænh chuû yeáu goàm caáu töû coù ñoä bay hôi beù vaø moät phaàn raát ít caùc caáu töû coù ñoä bay hôi lôùn. Saûn phaåm ñaùy chuû yeáu goàm caáu töû coù ñoä bay hôi lôùn vaø moät phaàn raát ít caáu töû coù ñoä bay hôi beù. Ñoái vôùi heä Nöôùc – Axit axetic thì: Saûn phaåm ñænh chuû yeáu laø nöôùc. Saûn phaåm ñaùy chuû yeáu laø axit axetic. Caùc phöông phaùp chöng caát: Phaân loaïi theo aùp suaát laøm vieäc: AÙp suaát thaáp AÙp suaát thöôøng AÙp suaát cao Phaân loaïi theo nguyeân lyù laøm vieäc: Chöng caát ñôn giaûn Chöng baèng hôi nöôùc tröïc tieáp Chöng caát Phaân loaïi theo phöông phaùp caáp nhieät ôû ñaùy thaùp: Caáp nhieät tröïc tieáp Caáp nhieät giaùn tieáp Vaäy: ñoái vôùi heä Nöôùc – Axit axetic, ta choïn phöông phaùp chöng caát lieân tuïc caáp nhieät giaùn tieáp baèng noài ñun ôû aùp suaát thöôøng. Thieát bò chöng caát: Trong saûn xuaát thöôøng duøng nhieàu loaïi thieát bò khaùc nhau ñeå tieán haønh chöng caát. Tuy nhieân yeâu caàu cô baûn chung cuûa caùc thieát bò vaãn gioáng nhau nghóa laø dieän tích beà maët tieáp xuùc pha phaûi lôùn, ñieàu naøy phuï thuoäc vaøo möùc ñoä phaân taùn cuûa moät löu chaát naøy vaøo löu chaát kia. Neáu pha khí phaân taùn vaøo pha loûng ta coù caùc loaïi thaùp maâm, neáu pha loûng phaân taùn vaøo pha khí ta coù thaùp cheâm, thaùp phun,… ÔÛ ñaây ta khaûo saùt 2 loaïi 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, treân ñoù pha loûng vaø pha hôi ñöôïc cho tieáp xuùc vôùi nhau. Tuøy theo caáu taïo cuûa ñóa, ta coù: Thaùp maâm choùp : treân maâm boá trí coù choùp daïng troøn, xupap, chöõ s… Thaùp maâm xuyeân loã: treân maâm coù nhieàu loã hay raõnh Thaùp cheâm (thaùp ñeäm): thaùp hình truï, goàm nhieàu baäc 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 nhöôïc ñieåm cuûa caùc loaïi thaùp:  Thaùp cheâm  Thaùp maâm xuyeân loã  Thaùp maâm choùp   Öu ñieåm  - Caáu taïo khaù ñôn giaûn. - Trôû löïc thaáp. - Laøm vieäc ñöôïc vôùi chaát loûng baån neáu duøng ñeäm caàu coù ( ( ( cuûa chaát loûng.  - Trôû löïc töông ñoái thaáp. - Hieäu suaát khaù cao.  - Khaù oån ñònh. - Hieäu suaát cao.   Nhöôïc ñieåm  - Do coù hieäu öùng thaønh ( hieäu suaát truyeàn khoái thaáp. - Ñoä oån ñònh khoâng cao, khoù vaän haønh. - Do coù hieäu öùng thaønh ( khi taêng naêng suaát thì hieäu öùng thaønh taêng ( khoù taêng naêng suaát. - Thieát bò khaù naëng neà.  - Khoâng laøm vieäc ñöôïc vôùi chaát loûng baån. - Keát caáu khaù phöùc taïp.  - Coù trôû löïc lôùn. - Tieâu toán nhieàu vaät tö, keát caáu phöùc taïp.   Vaäy: ta söû duïng thaùp maâm xuyeân loã ñeå chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic. GIÔÙI THIEÄU SÔ BOÄ VEÀ NGUYEÂN LIEÄU : Axit axetic: Tính chaát: Laø 1 chaát loûng khoâng maøu, coù muøi soác ñaëc tröng, troïng löôïng rieâng 1,0497 (ôû 20oC) Khi haï nhieät ñoä xuoáng 1 ít ñaõ ñoâng ñaëc thaønh 1 khoái tinh theå coù Tonc = 16,635 – 0,002o, Tosoâi = 118oC Tan trong nöôùc, röôïu vaø ete theo baát kyø tyû leä naøo Laø 1 axit yeáu, haèng soá phaân ly nhieät ñoäng cuûa noù ôû 25oC laø K = 1,75.10
Tính aên moøn kim loaïi: Axit axetic aên moøn saét. Nhoâm bò aên moøn bôûi axit loaõng, noù ñeà khaùng toát ñoái vôùi axit axetic ñaëc vaø thuaàn khieát. Ñoàng vaø chì bò aên moøn bôûi axit axetic vôùi söï hieän dieän cuûa khoâng khí. Thieác vaø moät soá loaïi theùp nikel – crom ñeà khaùng toát ñoái vôùi axit axetic. Ñieàu cheá: Axit axetic ñöôïc ñieàu cheá baèng caùch: Oxy hoùa coù xuùc taùc ñoái vôùi coàn etylic ñeå bieán thaønh andehit axetic, laø moät giai ñoaïn trung gian. Söï oxy hoùa keùo daøi seõ tieáp tuïc oxy hoùa andehit axetic thaønh axit axetic. CH3CHO + ½ O2 = CH3COOH C2H5OH + O2 = CH3COOH + H2O Oxy hoùa andehit axetic ñöôïc taïo thaønh baèng caùch toång hôïp töø acetylen. Söï oxy hoùa andehit ñöôïc tieán haønh baèng khí trôøi vôùi söï hieän dieän cuûa coban axetat. Ngöôøi ta thao taùc trong andehit axetic ôû nhieät ñoä gaàn 80oC ñeå ngaên chaën söï hình thaønh peroxit. Hieäu suaát ñaït 95 – 98% so vôùi lyù thuyeát. Ngöôøi ta ñaït ñöôïc nhö theá raát deã daøng sau khi cheá axit axetic keát tinh ñöôïc. CH3CHO + ½ O2
CH3COOH Toång hôïp ñi töø coàn metylic vaø Cacbon oxit. Hieäu suaát coù theå ñaït 50 – 60% so vôùi lyù thuyeát baèng caùch coá ñònh cacbon oxit treân coàn metylic qua xuùc taùc. Nhieät ñoä töø 200 – 500oC, aùp suaát 100 – 200atm: CH3OH + CO ( CH3COOH vôùi söï hieän dieän cuûa metaphotphit hoaëc photpho – vonframat kim loaïi 2 vaø 3 hoùa trò (chaúng haïn saét, coban). ÖÙng duïng: Axit axetic laø moät axit quan troïng nhaát trong caùc loaïi axit höõu cô. Axit axetic tìm ñöôïc raát nhieàu öùng duïng vì noù laø loaïi axit höõu cô reû tieàn nhaát. Noù ñöôïc duøng ñeå cheá taïo raát nhieàu hôïp chaát vaø ester. Nguoàn tieâu thuï chuû yeáu cuûa axit axetic laø: Laøm daám aên (daám aên chöùa 4,5% axit axetic). Laøm ñoâng ñaëc nhöïa muû cao su. Laøm chaát deûo tô sôïi xenluloza axetat – laøm phim aûnh khoâng nhaïy löûa. Laøm chaát nhöïa keát dính polyvinyl axetat. Laøm caùc phaåm maøu, döôïc phaåm, nöôùc hoa toång hôïp. Axetat nhoâm duøng laøm chaát caén maøu (mordant trong ngheà nhuoäm) Phaàn lôùn caùc ester axetat ñeàu laø caùc dung moâi, thí duï: izoamyl axetat hoøa tan ñöôïc nhieàu loaïi nhöïa xenluloza. Nöôùc: Trong ñieàu kieän bình thöôøng: nöôùc laø chaát loûng khoâng maøu, khoâng muøi, khoâng vò nhöng khoái nöôùc daøy seõ coù maøu xanh nhaït. Khi hoùa raén noù coù theå toàn taïi ôû daïng 5 daïng tinh theå khaùc nhau. Tính chaát vaät lyù: Khoái löôïng phaân töû : 18 g / mol Khoái löôïng rieâng d40 c : 1 g / ml Nhieät ñoä noùng chaûy : 00C Nhieät ñoä soâi : 1000 C Nöôùc laø hôïp chaát chieám phaàn lôùn treân traùi ñaát (3/4 dieän tích traùi ñaát laø nöôùc bieån) vaø raát caàn thieát cho söï soáng. Nöôùc laø dung moâi phaân cöïc maïnh, coù khaû naêng hoaø tan nhieàu chaát vaø laø dung moâi raát quan troïng trong kyõ thuaät hoùa hoïc. Chöông 2 QUY TRÌNH COÂNG NGHEÄ Chuù thích caùc kí hieäu trong qui trình: Boàn chöùa nguyeân lieäu. Bôm. Boàn cao vò. Thieát bò ñun soâi doøng nhaäp lieäu. Baåy hôi. Löu löôïng keá. Nhieät keá. Thaùp chöng caát. Thieát bò ngöng tuï saûn phaåm ñænh. AÙp keá. Thieát bò ñun soâi ñaùy thaùp. Thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñaùy. Boàn chöùa saûn phaåm ñaùy. Boä phaän chia doøng. Boàn chöùa saûn phaåm ñænh. Hoãn hôïp Nöôùc – Axit axetic coù noàng ñoä nöôùc 92% (theo phaàn khoái löôïng), nhieät ñoä khoaûng 250C taïi bình chöùa nguyeân lieäu (1) ñöôïc bôm (2) bôm leân boàn cao vò (3). Sau ñoù, hoãn hôïp ñöôïc gia nhieät ñeán nhieät ñoä soâi trong thieát bò ñun soâi doøng nhaäp lieäu (4), roài ñöôïc ñöa vaøo thaùp chöng caát (8) ôû ñóa nhaäp lieäu. Treân ñóa nhaäp lieäu, chaát loûng ñöôïc troän vôùi phaàn loûng töø ñoaïn luyeän 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 (11) 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 axit axetic seõ ngöng tuï laïi, cuoái cuøng treân ñænh thaùp ta thu ñöôïc hoãn hôïp coù caáu töû nöôùc chieám nhieàu nhaát (coù noàng ñoä 99,5% phaàn khoái löôïng). Hôi naøy ñi vaøo thieát bò ngöng tuï (9) vaø ñöôïc ngöng tuï hoaøn toaøn. Moät phaàn cuûa chaát loûng ngöng tuï ñöôïc hoaøn löu veà thaùp ôû ñóa treân cuøng. 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 (axit axetic). Hoãn hôïp loûng ôû ñaùy coù noàng ñoä nöôùc laø 72% phaàn khoái löôïng, coøn laïi laø axit axetic. Dung dòch loûng ôû ñaùy ñi ra khoûi thaùp vaøo noài ñun (11). 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 ñi qua thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñaùy (12), ñöôïc laøm nguoäi ñeán 400C, roài ñöôïc ñöa qua boàn chöùa saûn phaåm ñaùy (13). Heä thoáng laøm vieäc lieân tuïc cho ra saûn phaåm ñænh laø nöôùc ñöôïc thaûi boû, saûn phaåm ñaùy laø axit axetic ñöôïc giöõ laïi. Chöông 3 CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT CAÙC THOÂNG SOÁ BAN ÑAÀU : Choïn loaïi thaùp laø thaùp maâm xuyeân loã. Khi chöng luyeän dung dòch axit axetic thì caáu töû deã bay hôi laø nöôùc. Hoãn hôïp:
Naêng suaát nhaäp lieäu: GF = 0.5 (m3/h) Noàng ñoä nhaäp lieäu: (xF = 92% (kg nöôùc/ kg hoãn hôïp) Noàng ñoä saûn phaåm ñænh: (xD = 99.5% (kg nöôùc/ kg hoãn hôïp) Noàng ñoä saûn phaåm ñaùy: (xW = 72% (kg nöôùc/ kg hoãn hôïp) Choïn: Nhieät ñoä nhaäp lieäu: tFV = 25oC Traïng thaùi nhaäp lieäu laø traïng thaùi loûng soâi. Đối vôùi thieát bò ñun soâi ñaùy thaùp : Aùp suaát hôi ñoát : Ph = 2.5at Ñoái vôùi thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñaùy : Nhieät ñoä saûn phaåm ñaùy sau khi laøm nguoäi: tWR = 40oC Nhieät ñoä doøng nöôùc laïnh ñi vaøo: tV = 25oC Nhieät ñoä doøng nöôùc laïnh ñi ra: tR = 35oC Ñoái vôùi thieát bò ngöng tuï saûn phaåm ñænh : Nhieät ñoä doøng nöôùc laïnh ñi vaøo: tV = 25oC Nhieät ñoä doøng nöôùc laïnh ñi ra: tR = 40oC Caùc kyù 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 : noàng ñoä phaàn mol, phaàn khoái löôïng cuûa caáu töû i. XAÙC ÑÒNH SUAÁT LÖÔÏNG SAÛN PHAÅM ÑÆNH vaø SAÛN PHAÅM ÑAÙY THU ÑÖÔÏC : Tra baûng 1.249, trang 310, [5] ( Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc ôû 25oC: (N = 996,5 (kg/m3) Tra baûng 1.2, trang 9, [5] ( Khoái löôïng rieâng cuûa axit axetic ôû 25oC: (AL = 1042,75 (kg/m3) AÙp duïng trong coâng thöùc (1.2), trang 5, [5]:
( (hh = 1000 (kg/m3) Naêng suaát nhaäp lieäu : GF = 0,5 (m3/h)
1000 (kg/m3) = 500 (kg/h) Ñun giaùn tieáp :
(
Neân : GD =
(kg/h) Vaø: GW = GF – GD = 500 – 363,64 = 136,36 (kg/h) XAÙC ÑÒNH TÆ SOÁ HOAØN LÖU LAØM VIEÄC : Noàng ñoä phaàn mol:
0,9746 (mol nöôùc/ mol hoãn hôïp)
0,8955 (mol nöôùc/ mol hoãn hôïp)
0,9985 (mol nöôùc/ mol hoãn hôïp) Suaát löôïng mol töông ñoái cuûa doøng nhaäp lieäu:
= 1,30215 Tæ soá hoaøn löu laøm vieäc:
Hình 1: Ñoà thò caân baèng pha cuûa heä Nöôùc – Axit axetic Döïa vaøo hình 1 ( yF* = 0,9819 Tæ soá hoaøn löu toái thieåu:
= 2,274 Tæ soá hoaøn löu laøm vieäc: R = 1,3Rmin + 0,3 = 3,2562 XAÙC ÑÒNH SUAÁT LÖÔÏNG MOL CUÛA CAÙC DOØNG PHA : Coi löu löôïng mol cuûa caùc doøng pha ñi trong moãi ñoaïn thaùp (chöng vaø luyeän) laø khoâng ñoåi. Taïi ñænh thaùp: Vì taïi ñænh thaùp noàng ñoä phaàn mol cuûa nöôùc trong pha loûng vaø pha hôi baèng nhau. ( Khoái löôïng cuûa pha hôi vaø pha loûng taïi ñænh thaùp laø baèng nhau: MHD = MLD = xD. MN + (1 – xD). MA = 0,9985. 18 + (1 – 0,9985). 60 = 18,063 (kg/mol) Suaát löôïng khoái löôïng cuûa doøng hôi taïi ñænh thaùp: GHD = (R +1)GD = (3,2562 + 1). 363,64 = 1547,71 (kg/h) Suaát löôïng mol cuûa doøng hôi taïi ñænh thaùp: nHD =
= 85,684 (kmol/h) Suaát löôïng khoái löôïng cuûa doøng hoaøn löu: GL = RGD = 3,2562 . 363,64 = 1184,07 (kg/h) Suaát löôïng mol cuûa doøng hoaøn löu: L =
= 65,55 (kmol/h) Taïi maâm nhaäp lieäu: Khoái löôïng mol cuûa doøng nhaäp lieäu: MF = xF. MN + (1 – xF). MA = 0,9746.18 + (1 – 0,9746).60 = 19,067 (kg/kmol) Suaát löôïng mol cuûa doøng nhaäp lieäu: F =
= 26,223 (kmol/h) Vaø: nLF = L = 65,55 (kmol/h) n’LF = L + F = 65,55 + 26,223 = 91,773 (kmol/h) nHF = nHD = 85,684 (kmol/h) Taïi ñaùy thaùp: Vì taïi ñaùy thaùp noàng ñoä phaàn mol cuûa nöôùc trong pha loûng vaø pha hôi baèng nhau. ( Khoái löôïng cuûa pha hôi vaø pha loûng taïi ñaùy thaùp laø baèng nhau: MHW = MLW = xW. MN + (1 – xW). MA = 0,8955. 18 + (1 – 0,8955). 60 = 22,389 (kg/mol) Suaát löôïng mol cuûa doøng saûn phaåm ñaùy: W =
= 6,09 (kmol/h) Vaø: nLW = n’LF = 65,55 (kmol/h) nHW = nHF = nHD = 85,684 (kmol/h) Chöông 4 TÍNH CAÂN BAÈNG NHIEÄT Choïn hôi ñoát laø hôi nöôùc ôû 2,5at Tra baûng 1.251, trang 314, [5]: Nhieät hoùa hôi:
= rn = 2189500 (J/kg) Nhieät ñoä soâi:
= tn = 126,25 (oC) Doøng saûn phaåm taïi ñaùy coù nhieät ñoä: Tröôùc khi vaøo noài ñun (loûng): tS1 = 100,6315 (oC) Sau khi ñöôïc ñun soâi (hôi): tS2 = 100,966 (oC) Caân baèng nhieät cho toaøn thaùp: Qñ + GFhFS = (R+1) GDrD + GDhDS + GWhWS + Qm Giaû söû Qm = 0,05Qñ ( 0,95Qñ = (R+1) GDrD + GD(hDS – hFS) + GW(hWS – hFS) ( hFS = cF.tFS = [
]tFS ( hWS = cW.tWS = [
]tWS ( hDS = cD.tDS = [
]tDS ( rD =
Vôùi xF = 0,9746 ( tFS = 100,1524 oC xW = 0,8955( tWS = 100,6315 oC xD = 0,9985 ( tDS = 100,009 oC Nhieät dung rieâng: Tra baûng 1.249, trang 310, [5] Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc ôû 100,009 oC = 4,220012 (kJ/kg.K) Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc ôû 100,1524 oC = 4,220198 (kJ/kg.K) Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc ôû 100,6315 oC = 4,220821 (kJ/kg.K) Tra baûng 1.154, trang 172, [5] Nhieät dung rieâng cuûa axit axetic ôû 100,009 oC = 2,430047 (kJ/kg.K) Nhieät dung rieâng cuûa axit axetic ôû 103,1524 oC = 2,4308 (kJ/kg.K) Nhieät dung rieâng cuûa axit axetic ôû 100,6315 oC = 2,433315 (kJ/kg.K) Enthalpy: ( hFS = ( 0,92 . 4,220198 + 0,08 . 2,4308 ) . 100,1524 = 408,326 (kJ/kg) ( hWS = ( 0,72 . 4,220821 + 0,28 . 2,433315 ) . 100,6315 = 374,381 (kJ/kg) ( hDS = ( 0,995 . 4,220012 + 0,005 . 2,430047 ) . 100,009 = 421,144 (kJ/kg) Nhieät hoùa hôi: Tra baûng 1.250, trang 312, [5] Nhieät hoùa hôi cuûa nöôùc ôû 100,009 oC = rN = 2261,326 (kJ/kg) Duøng toaùn ñoà 1.65, trang 255, [5] Nhieät hoùa hôi cuûa axit axetic ôû 100,009oC = rA = 100 (Kcal/kg) = 418,6 (kJ/kg) Tra baûng 1.251, trang 314, [5] Nhieät hoùa hôi cuûa nöôùc ôû 2,5 at =
= 2189,5 (kJ/kg) Neân: rD = 0,995 . 2261,326 + 0,005 . 418,6 = 2252,112 (kJ/kg) Nhieät löôïng caàn cung caáp: Qñ =
= 3481914,263 (kJ/h) Neáu duøng hôi nöôùc baõo hoøa (khoâng chöùa aåm) ñeå caáp nhieät thì: Qñ =
.
Vaäy löôïng hôi nöôùc caàn duøng laø :
= 1590,278 (kg/h) Thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñaùy Choïn: Nöôùc laøm laïnh ñi trong oáng trong vôùi nhieät ñoä vaøo tV = 25oC vaø nhieät ñoä ra tR = 35oC. Saûn phaåm ñaùy ñi trong oáng ngoaøi vôùi nhieät ñoä vaøo tWS = 100,6315oC vaø nhieät ñoä ra tWR = 40oC. Caân baèng nhieät: Q = GW(hWS – hWR) = Gn (hR – hV) Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc ôû 40oC = 4,178 (kJ/kg.K) Nhieät dung rieâng cuûa axit ôû 40oC = 2,1(kJ/kg.K) Neân: hWR = (0,72. 4,178 + 0,28. 2,1). 40 = 143,8464 (kJ/kg) Tra baûng 1.250, p312, ST I ( Enthalpy cuûa nöôùc ôû 25oC : hV = 104,75 (kJ/kg) ( Enthalpy cuûa nöôùc ôû 35oC : hR = 146,65 (kJ/kg) Löôïng nhieät trao ñoåi: Q = GW(hWS – hWR) = 31435,7 (kJ/h) Suaát löôïng nöôùc laïnh caàn duøng:
= 750,255 (kg/h) Thieát bò ngöng tuï saûn phaåm ñænh Choïn: Nöôùc laøm laïnh ñi trong oáng vôùi nhieät ñoä vaøo tV = 25oC vaø nhieät ñoä ra tR = 40oC. Doøng hôi taïi ñænh ñi ngoaøi oáng vôùi nhieät ñoä ngöng tuï tngöng = 100,009 (oC) Caân baèng nhieät: Qnt = (R + 1)GDrD = Gn (hR – hV) Neân: Qnt = (R + 1)DrD = 3485616,314 (kJ/h) Tra baûng 1.250, p312, ST I ( Enthalpy cuûa nöôùc ôû 25oC : hV = 104,75 (kJ/kg) ( Enthalpy cuûa nöôùc ôû 40oC : hR = 167,6 (kJ/kg) Löôïng nöôùc caàn duøng:
= 55459,3 (kg/h) Thieát bò ñun soâi doøng nhaäp lieäu Choïn: Doøng nhaäp lieäu ñi trong oáng trong vôùi nhieät ñoä vaøo tV = tFV = 25 oC vaø nhieät ñoä ra tR = tFS = 100,1524 oC. Hôi ngöng tuï ñi trong oáng ngoaøi coù aùp suaát 2,5at: Nhieät hoùa hôi:
= rn = 2189500 (J/kg) Nhieät ñoä soâi:
= tn = 126,25 (oC) Tra baûng 1.249, trang 310, [5] ( Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc ôû 25oC = 4,178(kJ/kg.K) Tra baûng 1.154, trang 172, [5] ( Nhieät dung rieâng cuûa axit axetic ôû 25 oC = 2,0205 (kJ/kg.K) ( hFV = cF.tFV = [
]tFV = (0,92. 4,178 + 0,08. 2,0205). 25 = 100,135 (kJ/kg) Caân baèng nhieät: Q = GF(hFS – hFV) = Gnrn Neân: Q = GF(hFS – hFV) = 500.(408,326 – 100,135) = 154095,5 (kJ/h) Löôïng hôi ñoát caàn duøng:
= 70,3793 (kg/h) Chöông 5 TÍNH THIEÁT BÒ CHÍNH (Thaùp maâm xuyeân loã) Phöông trình ñöôøng laøm vieäc : Phaàn luyeän:
= 0,765x + 0,2346 Phaàn chöng:
= 1,071x – 0,06357 ÑÖÔØNG KÍNH THAÙP : Phaàn luyeän: Khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha loûng trong phaàn luyeän: Noàng ñoä phaàn mol trung bình cuûa pha loûng trong phaàn luyeän:
= 0,9865 (mol nöôùc/ mol hoãn hôïp) Döïa vaøo hình 2 ( Nhieät ñoä trung bình cuûa pha loûng trong phaàn luyeän: TLL = 100,08 (oC) Noàng ñoä phaàn khoái löôïng trung bình cuûa pha loûng trong luyeän:
= 0,9575 (kg nöôùc/ kg hoãn hôïp) Tra baûng 1.249, trang 310, [5] ( Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc ôû 100,08oC: (NL = 958,341 (kg/m3) Tra baûng 1.2, trang 9, [5] ( Khoái löôïng rieâng cuûa axit axetic ôû 100,08oC: (AL = 957,856 (kg/m3) AÙp duïng trong coâng thöùc (1.2), trang 5, [5]:
( (LL = 958,32 (kg/m3) Khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha hôi trong phaàn luyeän: Noàng ñoä trung bình cuûa pha hôi trong phaàn luyeän: yL = 0,765xL + 0,2346 = 0,765 . 0,9865 + 0,2346 = 0,98927 Döïa vaøo hình 2 ( Nhieät ñoä trung bình cuûa pha hôi trong phaàn luyeän: THL = 100,092 (oC) Khoái löôïng mol trung bình cuûa pha hôi trong phaàn luyeän : MHL = yL. MN + (1 – yL). MA = 0,98927.18 + (1 – 0,98927). 60 = 18,45 (kg/kmol) Khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha hôi trong phaàn luyeän:
= 0,6027 (kg/m3)
Hình 2: Giaûn ñoà T – x,y cuûa heä Nöôùc – Axit axetic Tính vaän toác pha hôi ñi trong phaàn luyeän: Tra baûng IX.4a, trang 169, [6] :Vôùi ñöôøng kính thaùp trong khoaûng 0,8 ( 0,9(m) thì khoaûng caùch maâm laø: (h = 300 (mm) = 0,3 (m) Tra ñoà thò 6.2, trang 256, [4] ( C = 0,032 Vaän toác pha hôi ñi trong phaàn luyeän:
= 1,276 (m/s) Tính ñöôøng kính phaàn luyeän: Suaát löôïng mol cuûa pha hôi trong phaàn luyeän: nHL = nHD = 85,684 (kmol/h) Suaát löôïng theå tích cuûa pha hôi trong phaàn luyeän:
= 0,7286 (m3/s) Ñöôøng kính phaàn luyeän:
= 0,852657 (m) Phaàn chöng: Tính toaùn töông töï nhö phaàn luyeän ( ta coù baûng keát quaû sau: xc  (xC  TLC  NC  AC  LC   0,935  0,82  100,39  958,111  957,298  957,96   yc  THC  MHC  HC  C  QHC  C   0,937815  100