I Giới thiệu chung chưng cất qui trình công nghệ a) Phương pháp chưng cất Benzen – Toluen:  Chưng cất trình phân tách hỗn hợp lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào khác độ bay chúng ( hay nhiệt độ sôi ), cách lặp lặp lại nhiều lần trình bay – ngưng tụ, vật chất từ pha lỏng vào pha ngược lại  Đối với chưng cất ta có hai phương pháp thực : - Chưng cất đơn giản (dùng thiết bị hoạt động theo chu kỳ): Phương pháp sử dụng trường hợp sau : - + Khi nhiệt độ sôi cấu tử khác xa + Khi khơng địi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao + Tách hỗn hợp lỏng khỏi tạp chất không bay + Tách sơ hỗn hợp nhiều cấu tử Chưng cất liên tục hỗn hợp hai cấu tử (dùng thiết bị hoạt động liên tục): trình thực liên tục, nghịch dòng, nhiều đoạn Ngồi cịn có thiết bị hoạt động bán liên tục Trong trường hợp này, sản phẩm Benzen – với yêu cầu có độ tinh khiết cao sử dụng , cộng với hỗn hợp Benzen - Toluen hỗn hợp khơng có điểm đẳng phí nên chọn phương pháp chưng cất liên tục hiệu b) Chọn loại tháp chưng cất: Có nhiều loại tháp sử dụng, có chung yêu cầu diện tích tiếp xúc pha phải lớn, phụ thuộc vào độ phân tán lưu chất vào lưu chất Các loại tháp chưng cất gồm có:  Tháp mâm: - Mâm chóp - Mâm xuyên lỗ - Mâm van  Tháp đệm Dựa vào ưu khuyết điểm loại tháp, ta chọn tháp mâm xuyên lỗ để thực trình chưng cất Benzen-Toluen vì: - Chế tạo đơn giản, rẻ tiền - Vệ sinh dễ dàng - Trở lực thấp tháp mâm chóp - Với chức tổng khối lượng tháp mâm nhỏ tháp chêm - Có thể lắp đặt ống xoắn giải nhiệt mâm cần thiết - Tháp mâm thích hợp trường hợp có số mâm lí thuyết số đơn vị truyền khối lớn - Tính ổn định cao - Do Benzen Toluen chất lỏng khơng có tính ăn mịn nên dùng tháp mâm xun lỗ Sơ đồ qui trình cơng nghệ thuyết minh qui trình cơng nghệ : a Sơ đồ qui trình cơng nghệ: Hơi không ngưng Nước 15 14 P T Nước T Nước 10 T Nước 11 Sản Phẩm Đỉ nh Hơi Nước P T 12 T 13 Sản Phẩm Đáy Nước Lỏng Nguyên Liệu Sản Phẩm Đáy Chú thích : Bình chứa nguyên liệu Bồn chứa sản phẩm đỉnh Bơm 10 Thiết bị đun sôi đáy tháp Bồn cao vị 11 Bẩy Thiết bị gia nhiệt 12 Bồn chứa nguyên liệu Lưu lượng kế 13 Kênh phân phối Tháp chưng cất 14 Van xả khí khơng ngưng Thiết bị ngưng tụ sản 15 Bồn chứa sản phẩm đáy phẩm đỉnh Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 16 Áp kế 17 Nhiệt kế b Thuyết minh qui trình cơng nghệ : Hỗn hợp benzen-Toluen có nồng độ Benzen 30% ( theo khối lượng) , nhiệt độ khoảng 27 0C bình chứa nguyên liệu (1) bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3) Từ đưa đến thiết bị gia nhiệt (4) Ở đây, hỗn hợp đun sơi đến nhiệt độ sơi Sau đó, hỗn hợp đưa vào tháp chưng cất (7) đĩa nhập liệu Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng trộn với phần lỏng từ đoạn cất tháp chảy xuống Trong tháp hơi, từ lên gặp chất lỏng từ xuống Ở đây, có tiếp xúc trao đổi hai pha với Pha lỏng chuyển động phần chưng xuống giảm nồng độ cấu tử dễ bay bị pha tạo nên từ nồi đun (12) lôi cấu tử dễ bay Nhiệt độ lên thấp, nên qua đĩa từ lên cấu tử có nhiệt độ sơi cao nước ngưng tụ lại, cuối đỉnh tháp ta thu hỗn hợp có cấu tử Benzen chiếm nhiều (có nồng độ 90% kg) Hơi vào thiết bị ngưng tụ (8) ngưng tụ phần (chỉ ngưng tụ hồi lưu) Một phần chất lỏng ngưng qua thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh (10), làm nguội đến 30 0C, đưa qua bồn chứa sản phẩm đỉnh (11) Phần lại chất lỏng ngưng hồi lưu tháp đĩa với tỷ số hồn lưu tối ưu Một phần cấu tử có nhiệt độ sơi thấp bốc hơi, cịn lại cấu tử có nhiệt độ sôi cao chất lỏng ngày tăng Cuối cùng, đáy tháp ta thu hỗn hợp lỏng gồm hầu hết cấu tử khó bay Toluen Hỗn hợp lỏng đáy có nồng độ Benzen 5% theo khối lượng, lại Toluen.Dung dịch lỏng đáy khỏi tháp, phần đun, bốc nồi đun (12) cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc, phần lại trao đổi nhiệt với nhập liệu ( sau qua bồn cao vị ) Hệ thống làm việc liên tục cho sản phẩm đỉnh Benzen, sản phẩm đáy Toluen II Cân vật chất – Cân lượng: Cân vật chất:  Các số liệu ban đầu : Chưng cất hỗn hợp Benzen-Toluen Năng suất nhập liệu: F = 1000 ( Kg/h ) Nhập liệu có nồng độ Benzen : x F = 0.3 kgBenzen/kg hỗn hợp Sản phẩm đỉnh có nồng độ Benzen : x D = 0.9 kgBenzen/kg hỗn hợp Sản phẩm đáy có nồng độ Benzen : x w = 0.05 kgBenzen/kg hỗn hợp  Phương trình cân vật chất cho tòan tháp chưng cất : F = D + W (1) F * xF = D * xD + W * xW (2) Biểu diễn nồng độ cùa dòng nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy theo phần mol: Nhập liệu xF / M B 0.3 / 78 xF = x F 100  x F = 0.3 0.7 =0.336   78 92 MB MT xD / M B 0.9 / 78 Sản phẩm đỉnh: xD = x D 100  x D = 0.9 0.1 = 0.914   78 92 MB MT xW / M B Sản phẩm đáy: xW = xW MB  100  x W MT 0.05 / 78 = 0.05 0.95 = 0.058  78 92  Khối lượng phân tử trung bình dịng nhập liệu : MF = 78.x F  (1  x F ).92 = 87,296 (Kg/Kmol) F= F 1000 = =11.46 (Kmol/h) M F 87.296  Ta có: (1) : D + W = 11.46 (2) : 0,914*D + 0,058*W = 11,46*0.336 Suy ra: D = 3,72 (kmol/h) W = 7,74 (kmol/h)  Khối lượng phân tử trung bình dịng sản phẩm đỉnh : MD = 78.x D  (1  x D ).92 =79.204 (Kg/Kmol) D = D*MD = 3,72*79,204= 294,64 (Kg/h)  Khối lượng phân tử trung bình dịng sản phẩm đáy: MW = 78.xW  (1  xW ).92 = 91,188 (Kg/Kmol) W = W*MW = 7,74*91,188 = 705,8 (Kg/h) 1.1 Đồ thị đường cân t-x,y hệ Benzen-Toluen: Thành phần cân lỏng (x), (y) tính %mol nhiệt độ sôi hỗn hợp hai cấu tử 760 mmHg (Benzen-Toluen): x y t 80 82,3 92,3 84 65,9 83 88 50,8 72 92 37,6 59,6 96 25,6 45,3 100 Hình 1: Đồ thị đường cân hệ Benzen-Toluen 15,5 30,4 104 5,9 12,8 108 0 110 Hình 2: Đồ thị t-x,y hệ Benzen-Toluen 1.2 Xác định số hồi lưu thích hợp : Chỉ số hồi lưu tối thiểu : xD  y * F 0.914  0.497 Rmin = * = =2.59 y F  xF 0.497  0.336 Với y*F = 0.497 phần mol benzen pha cân với nhập liệu lỏng đươc xác định đồ thị Hình Chỉ số hồi lưu thực tế lấy lớn 20% lý thuyết R = 0.518 + 2.59 = 3.108 Chỉ số hồi lưu thích hợp : Chỉ số hồi lưu thực tế lấy lớn 20% lý thuyết R = 0.518 + 2.59 = 3.108 Vẽ đường làm việc: Phương trình đường làm việc phần cất: R xD 3.108 0.914 y = R 1 * x + R 1 = *x + 3.108  3.108  = 0.757 * x + 0.222 Phương trình đường làm việc phần chưng: RL L y = R  * x - R  * xW Với L = y= F 11 46  = 3.08 D 3.72 3.108  3.08 3.08  * 0.058 = 1.506 * x – 0.0.29 *x3.108  3.108  1.3 Xác định số đĩa lý thuyết số đĩa thực tế: 1.3.1 Số mâm lý thuyết: Dựa vào đường làm việc phần chưng phần cất đồ thị ta xác định số mâm lý thuyết mâm ( mâm chưng mâm cất ) 1.3.2 Xác định số mâm thực tế: Số mâm thực tế tính theo hiệu suất trung bình : N tt  N lt η tb đó: tb : hiệu suất trung bình đĩa, hàm số độ bay tương đối độ nhớt hỗn hợp lỏng :  = f(,) Ntt : số mâm thực tế Nlt : số mâm lý thuyết 1.3.3 Xác định hiệu suất trung bình tháp  tb : a) Hiệu suất sản phẩm đỉnh:   y D* 0.965  Từ đồ thị hình 2, ta có: xD = 0.914   t Ds 80 O C  Tại tDs = 800C, ta có: Độ nhớt benzen  B 0.318 *10  ( Ns / m ) Độ nhớt Toluen:  T 0.318 * 10  ( Ns / m ) (Bảng I.101, trang 109 – Tập ) Độ nhớt hỗn hợp đỉnh:   hh 0.318 *10  ( Ns / m ) Độ bay tương đối: y*  xD 0.965  0.914 D  D * *  * 2.59 xD  0.965 0.914  yD   D *  hh 2.59 * 0.318 *10  0.8236 * 10  Vậy hiệu suất sản phẩm đỉnh tra hình IX.11, trang 171-Sổ tay Tập là:  D 52%0.52 b) Hiệu suất dòng nhập liệu:   y F* 0.552  Từ đồ thị hình 2, ta có: xF = 0.336   t Fs 27 oC  Tại tFs = 270C, ta có: Độ nhớt Benzen:  B 0.586 * 10  ( Ns / m ) Độ nhớt Toluen :  T 0.5371* 10  ( Ns / m ) (Bảng I.101, trang 91 - TL3 ) Độ nhớt hỗn hợp dòng nhập liệu: lg  hh  x F * lg  B  (1  x F ) * lg  T lg  hh 0.336 * lg(0.586 *10  )  (1  0.336) * lg(0.5371 *10  )  3.257   hh 0.553 * 10  ( Ns / m ) Độ bay tương đối: y*  xF 0.552  0.336 F  F * *  * 2.435 xF  0.552 0.336  yF   F *  hh 2.435 * 0,553 * 10  1.347.10  Vậy hiệu suất dòng nhập liệu tra hình IX.11, trang 171 -TL3 là:  F 47 % 0.47 c) Hiệu suất sản phẩm đáy:  yW* 0,126  tWs 100 O C  Từ đồ thị hình 2, ta có: xW = 0.058    Tại tWs = 1000C, ta có: Độ nhớt Benzen:  B 0.216 * 10  ( Ns / m ) Độ nhớt Toluen :  T 0.269 *10  ( Ns / m ) Độ nhớt hỗn hợp đáy: lg  hh  xW * lg  B  (1  xW ) * lg  T lg  hh 0.058 * lg(0,216 *10  )  (1  0.058) * lg(0.269 *10  )  3,5758   hh 0.2656 * 10  ( Ns / m ) Độ bay tương đối: y*  xW 0.126  0.058 W  W * *  * 2.341 xW  0.126 0.058  yW   W *  hh 2.341 * 0.2656 * 10  0.622 * 10  Vậy hiệu suất sản phẩm đáy tra hình IX.11, trang 171-TL3 là: W 56 % 0.56 d) Số đĩa thực tế đoạn: Hiệu suất trung bình phần cất:    F 0.52  0.47  tb  D  0.495 (CT IX.60, trang 171,Sổ tay QTTB Tập 2) 2 Số đĩa thực tế phần cất: Ntt = N lt  6  tb 0.495 Hiệu suất trung bình phần chưng:    F 0.56  4.47  tb  W  0.515 (CT IX.60, trang 171, Sổ tay QTTB Tập 2) 2 Số đĩa thực tế phần chưng: Ntt = N lt  8  tb 0.515 Vậy số đĩa thực tháp 14 đĩa Số đĩa thực tế cho phần cất : Số đĩa thực tế cho phần chưng : Và nhập liệu đĩa số Cân lượng: Từ đồ thị x,y ta có: xF = 0.336 yF = 0.552 xD = 0.914 yD = 0.965 xW = 0.058 yW = 0.126 Chuyển từ phần mol sang phần khối lượng:  yF  yF * M B 0.552 * 78  0.51 y F * M B  (1  y F ) * M T 0.552 * 78  (1  0.552) * 92  yD  yD * M B 0.965 * 78  0.959 y D * M B  (1  y D ) * M T 0.965 * 78  (1  0.965) * 92  yW  yW * M B 0.126 * 78  0.109 yW * M B  (1  yW ) * M T 0.126 * 78  (1  0.126) * 92 2.1 Cân nhiệt lượng thiết bị đun nóng hỗn hợp ban đầu: Phương trình cân lượng cho thiết bị nung nóng hỗn hợp ban đầu QD1 + Qf = QF + Qxq1 + Qng1 a) Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang vào tháp Qf: Q f F * C f * t f  (J/h) (CT IX.152, trang 196,TL3) F : lượng hỗn hợp đầu, F = 1000 (kg/h)  tf : nhiệt độ hỗn hợp nhập liệu ban đầu, tf = 27oC Tại tf = 27oC:  C B 1763 ( J / kg.do)   C N 1741.5 ( J / kg.do) (Bảng I.153, trang 171-TL2)  CF nhiệt dung riêng hỗn hợp nhập liệu (J/kg.độ) C f  x f * C B  (1  x f ) * CT C f 0.3 * 1763  (1  0.3) * 1741.5 1748 ( J / kg.do) Qf = 1000*1748*27 = 47196000 (J/h) = 13.11(KW) b) Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang khỏi thiết bị đun nóng QF: QF F * C F * t F  (J/h) (CT IX.152, trang 196,TL3) F : lượng hỗn hợp đầu, F = 1000 (kg/h)  tF : nhiệt độ hỗn hợp nhập liệu khỏi thiết bị đun nóng, t F = 80oC Tại tF = 80oC:  C B 2077 ( J / kg do)   CT 2025 ( J / kg.do) (Bảng I.153, trang 171-TL2)  CF : nhiệt dung riêng hỗn hợp nhập liệu (J/kg.độ) C F  x F * C B  (1  x F ) * CT CF 0.3 * 2077  (1  0.3) * 2025 2040 ( J / kg.do) QF = 1000 * 2040 * 90 = 1836*105 (J/h) = 51(KW) c) Nhiệt lượng nước mang vào QD1 Lượng đốt cần thiết để đun nóng dung dịch đầu đến nhiệt độ sôi: D1  QF  Q xq1  Qng1  Q f 1  QF  Q f 0.95r1 1836 * 10  47196000  65(kg / h) 0.95 * 2208 * 10 Ta có: QD1 = D1* 1 = D1*(r1 + C1*t1) (J/h) (CT IX.157, 197,TL3) Do đốt nước bão hòa p = at nên:  r1: ẩn nhiệt hóa hơi, r1 = 2208*103 (J/kg) (Bảng I.251, trang 314-TL2)  t1, C1: nhiệt đđộ C, nhiệt dung riêng cua nước ngưng (J/kg.do) t1 = 119.6 oC C1 = 4274.1 (j/kg.độ) QD1 65 * (2208 *10  4274.1 *119 6) 176746853.4( J / h) 49.1( KW ) d) Nhiệt lượng nước ngưng mang Qng1 Qng1 = Gng1*C1*t1 = D1*C1*t1 (J/h) (CT IX.161, trang 198,TL3) Qng1 = 49.1*4274.1*119.6 = 25099053.9 (J/h) = 6.97 (KW) Trong đó: Gng2 : lượng nước ngưng tụ lượng hơiđđốt (kg/h) e) Nhiệt lượng tổn thất môi trường xung quanh Qxq1: Qxq1 = 0.05*D1*r1 (J/h) (CT IX.162, trang 198,TL3) Qxq1 = 0.05*65*2208*103 = 7176000(J/h) = 2(KW) trang 2.2 Cân nhiệt lượng tháp chưng cất: Phương trình cân lượng: Qy QR QF QD2 Qng2 Qxq2 QW QF + QD + QR = Qy + Qw + Qxq + Qng a) Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang vào tháp QF: QF F * CF * t F  (J/h) (CT IX.152, trang 196,TL3) F : lượng hỗn hợp đầu, F 1000 (kg/h)  tF : nhiệt độ hỗn hợp nhập liệu khỏi thiết bị đun nóng, t F = 80oC Với tF = 80oC:  C B 2077 ( J / kg.do)   CT 2025 ( J / kg.do) (Bảng I.153, trang 171-TL2)  CF : nhiệt dung riêng hỗn hợp nhập liệu (J/kg.độ) C F  x F * C B  (1  x F ) * CT CF 0.3 * 2077  (1  0.3) * 2025 2040 ( J / kg.do) QF = 1000 * 2040 * 90 = 1836*105 (J/h) = 51(KW) b) Nhiệt lượng lượng lỏng hồi lưu mang vào QR: Q R = G R * C R * tR  (J/h) (CT IX.158, trang 197,TL3) CR : nhiệt dung riêng chất lỏng hồi lưu CR = CD  tD : nhiệt độ sản phẩm đỉnh, tD = 80oC Với tD = 80oC:  C B 2035( J / kg.do)   CT 1980( J / kg.do) (Bảng I.153, trang 171-TL2) C D  x D * C B  (1  x D ) * CT C D 0.9 * 2035  (1  0.9) * 1980 2029.5( J / kg.do)  GR : lượng lỏng hồi lưu (kg/h) GR = D *Rth Trong đó: D : lượng sản phẩm đỉnh, D = 294.64 (kg/h) Rth: số hồi lưu, Rth = 3.108 G R 294.64 * 3.108 915.74 (kg / h)  tR : nhiệt độ chất lỏng hồi lưu : tR = tD = 80oC QR = 915.74*2029.5*80 = 148679546.4 (J/h) = 41.3 (KW) c) Nhiệt lượng mang đỉnh tháp Qy: Qy = D *(1 + Rth)*  D  (J/h) (CT IX.159, trang 197,TL3)  D : nhiệt lượng riêng đỉnh tháp (J/kg) Với tD = 80oC:  rB 393.85 * 10 ( J / kg )   rT 378.75 * 10 ( J / kg ) Với: (tra bảng I.212, trang 301-TL2)  B rB  t D * C B T rT  t D * CT   B 393.85 *10  80 * 2035 556650 ( J / kg )    T 378.75 *10  80 *1980 537150 ( J / kg )  D = y D *  B  (1  y D ) * T  D 0.959 * 556650  (1  0.959) * 537150 555850.5( J / kg ) Qy = 294.64*(1 + 3.108)*555850.5= 672790950.7 (J/h) = 168.9 (KW) d) Nhiệt lượng sản phẩm đáy mang QW: QW = W * CW * tW ( J / h) (CT IX.160, trang 197,TL3)  W : lượng sản phẩm đáy, W = 705.8 (kg/h)  tW : nhiệt độ sản phẩm đáy, tW = 100oC Với tW = 100oC:  C B 2120( J / kg.do)   CT 2070( J / kg.do) (Bảng I.153, trang 171-TL2)  CW : nhiệt dung riêng sản phẩm đáy CW xW * C A  (1  xW ) * C N CW 0,05 * 2120  (1  0.05) * 2070 2072.5 (J/kg.do) QW = 705.8*2072.5*100 = 146277050 (J/h) = 40.63 (KW) e) Nhiệt lượng đốt mang vào tháp QD2: QD2 = D2* 2 = D2*(r2 + C2*t2) (J/h) (CT IX.157, trang 197,TL3) Trong đó:  r2: ẩn nhiệt hóa (J/kg)  t2, C2: nhiệt đđộ C, nhiệt dung riêng nước ngưng (J/kg.do) Do đốt nước bão hòa p = at nên: r2 = 2208*103 (J/kg) (Bảng I.251, trang 314-TL2) t2=119.6oC C2 = 4274.1 (J/kg.do)  Ta có: QD2 = Qy + QW + Qxq2 + Qng2 – QF – QR Lượng đốt cần thiết để đun sôi dung dịch đáy tháp D2  D2  Q y  QW  QF  QR 0,95 * r2 (672790950  146277050  1836 * 10  148679546.4) 232 (kg / h) 0.95 * 2208 *10 QD 232 * (2208 * 10  4274.1 * 119 6) 631038605 ( J / h) 175.3( KW ) f) Nhiệt lượng tổn thất môi trường xung quanh Qxq2: Qxq2 = 0.05*D2*r2 (J/h) (CT IX.162, trang 198,TL3) Qxq2 = 0,05*232*2264*103 = 26262400 (J/h) = 7.29 (KW) g) Nhiệt lượng nước ngưng mang Qng2 Qng2 = Gng2*C2*t2 = D2*C2*t2 (J/h)(CT IX.161, trang 198,TL3) Qng2 = 175.3*4274.1*119.6 = 89610267.7 (J/h) = 24.9 (KW) Trong đó: Gng2 : lượng nước ngưng tụ lượng đốt (kg/h) 2.3 Cân nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ: t2=tnr tDv tnv=t1 th Thiết bị ngưng tụ hoàn toàn Gnt D * ( R  1) Suy lượng nước lạnh tiêu tốn cần thiết là: Gn1  D * (R th  1) *r C n * (t  t1 ) ngưng (CT IX.164, trang 198,TL3) Trong đó:  t2, t1: nhiệt độ nhiệt độ vào nước làm lạnh Chọn : t1 = 27oC t2 = 50oC ttb =  t1  t 27  50  35.5 o C : nhiệt độ trung bình nước làm lạnh 2 Cn: nhiêt dung riêng nước làm lạnh ttb Cn = 4180 (J/kg.độ)  (Bảng I.147, trang 195-TL2) rngưng: ẩn nhiệt ngưng tụ Tại tD = 80oC  rB 393.85 * 10 ( J / kg )   rT 378.75 * 10 ( J / kg ) (Bảng I.212, trang 301-TL1) rngung  x D * rB  (1  x D ) * rT rngung 0.9 * 393.85 *10  (1  0.9) * 378.75 * 10 392340( J / kg ) Vậy: lượng nước lạnh tiêu tốn là: Gn1 = 294.64 * (3.108  1) * 392340 4939.47(kg / h) 1.37(kg / s ) 4180 * (50  27) 2.4 Cân nhiệt lượng cho thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh: t'1=t Ds tnv=t1 tnr=t2 t'2 Ta có phuơng trình cân nhiệt: D * C D * (t '1  t '2 ) Gn * Cn * (t  t1 ) Gn  (CT IX.166, trang 198,TL3) D * C D * (t '1  t '2 ) Cn * (t  t1 ) Trong đó:  t1, t2: nhiệt độ vào nước làm lạnh Chọn t1 = 27oC , t2 = 50oC ttb = t1  t 27  40  38.5 o C : nhiệt độ trung bình nước 2 làm lạnh  Cn: nhiệt dung riêng cuả nước làm lạnh Cn = 4180 (J/kg.độ)  (Bảng I.147, trang 195-TL2) t '1 , t ' : nhiệt độ vào sản phẩm đỉnh ngưng tụ Chọn t’1 = tDs = 80 oC, t’tb = t’2 = 50 oC t '1 t ' 80  50  65 C 2 Tại t’tb = 65 0C ta có:  C B 1956( J / kg.do)   CT 1920( J / kg.do) (Bảng I.153, trang 171-TL2)  CD: nhiệt dung riêng sản phẩm đỉnh ngưng tụ C D  x D * C B  (1  x D ) * CT C D 0.9 *1956  (1  0.9) *1920 1952.4( J / kg.do) Vậy: lượng nước lạnh tiêu tốn: Gn  294.64 * 1952.4 * (80  50) 179.5( Kg / h) 0.05(kg / s) 4180 * (50  27) 2.5 Cân nhiệt lượng cho thiết bị làm nguội sản phẩm đáy: t'1=t Ds tnv=t1 tnr=t2 t'2 Ta có phương trình cân nhiệt: W * CW * (t"1  t"2 ) Gn * Cn * (t  t1 ) (CT IX.165, trang 198,TL3) W * CW * (t"1  t"2 ) Gn  Cn * (t  t1 ) Trong đó:  t1, t2: nhiệt độ vào nước làm lạnh Chọn t1 = 27oC , t2 = 50oC ttb = t1  t 27  50  38.5 o C : nhiệt độ trung bình nước 2 làm lạnh  Cn: nhiệt dung riêng cuả nước làm lạnh Cn = 4180 (J/kg.độ)  (Bảng I.147, trang 195-TL2) t"1 , t"2 : nhiệt độ vào sản phẩm đáy ngưng tụ Chọn t”1 = tWs =100 oC, t”tb = t”2 = 50 oC t"1 t"2 100  50  75 C 2 Tại t”tb = 75 oC ta có:  C B 2008.75( J / kg.do)   CT 1960( J / kg.do) (Bảng I.153, trang 171-TL2)  CW: nhiệt dung riêng sản phẩm đáy CW  xW * C B  (1  xW ) * CT CW 0.05 * 2008.75  (1  0.05) * 1960 1962.4( J / kg.do) Vậy: lượng nước lạnh tiêu tốn: Gn3  705.8 * 1962.4 * (100  50) 720.33( Kg / h) 0.2(kg / s) 4180 * (50  27) III Lựa chọn thông số thiết kế cho tháp chưng cất hỗn hợp Benzen-Toluen: Đường kính tháp: Dt  Với 4Vtb g tb 0,0188 (m) ( CT IX.89–Sồ tay QTTB–Tập 2-Tr 181 ) π.3600.ω tb (  y ω y ) tb Vtb :lượng trung bình tháp (m3/h) tb :tốc độ trung bình tháp (m/s) gtb : lượng trung bình tháp (Kg/h) Lượng trung bình đoạn chưng đoạn cất khác Do đó, đường kính đoạn chưng đoạn cất khác o Đường kính đoạn cất: Kết tính tốn được: Dt = 0.062(m) o Đường kính đoạn chưng: Kết tính tốn được: Dchưng = 0.06 (m) o Chiều cao tháp Chiều cao tháp xác định theo công thức sau : H = Ntt * ( Hđ +  ) + ( 0.8  1.0 ) ( m ) Kết tính tốn được: H = 5.36 (m) Cấu tạo mâm lỗ: Chọn : Đường kính lỗ : dl = (mm) Tổng diện tích lỗ 9,77% diện tích mâm Khoảng cách hai tâm lỗ 2,5 lần đường kính lỗ (bố trí lỗ theo tam giác ) Tỷ lệ bề dày mâm đường kính lỗ 6/10 Diện tích dành cho ống chảy chuyền 20% diện tích mâm Số lỗ mâm : 9,77%.S mâm D N= = 0,0977. t S lo  dl 2   0,6   0,0977.  ~3908 lỗ  0,003   Vậy: ta bố trí lỗ mâm thành 51(hàng), số lỗ đường chéo 66 lỗ Bề dày thân tháp: Ta chọn vật liệu chế tạo thân tháp thép không gỉ mã X18H10T Kết tính tốn được: St = (mm) Đáy – Nắp thiết bị: Chọn đáy nắp có dạng ellipise tiêu chuẩn, có gờ thép X18H10T Kết tính tốn được: S’t = (mm) Bích ghép thân, đáy nắp: Để đảm bảo độ kín cho thiết bị ta chọn đệm dây amiăng, có bề dày 3(mm) Đường kính ống dẫn – Bích ghép ống dẫn: o Vị trí nhập liệu: Chọn chiều dài đoạn ống nối để ghép mặt bích: lF = 100 (mm) o Ống đỉnh tháp: Chọn chiều dài đoạn ống nối để ghép mặt bích: lD = 120 (mm) o Ống hồi lưu: Chọn chiều dài đoạn ống nối để ghép mặt bích: lhl = 100 (mm) Chân đỡ: o Trọng lượng tháp: Kết tính tốn được: P = m.g = 11510,49 (N) o Chân đỡ tháp: Chọn chân đỡ: tháp đỡ bốn chân Tải trọng cho phép chân: Gc = P 11510,49  = 0,2877.104 (N) 4 Để đảm bảo độ an tồn cho thiết bị, ta chọn: Gc = 0,5.104 (N) ... chóp - Với chức tổng khối lượng tháp mâm nhỏ tháp chêm - Có thể lắp đặt ống xoắn giải nhiệt mâm cần thiết - Tháp mâm thích hợp trường hợp có số mâm lí thuyết số đơn vị truyền khối lớn - Tính ổn... (kmol/h) W = 7,74 (kmol/h)  Khối lượng phân tử trung bình dòng sản phẩm đỉnh : MD = 78.x D  (1  x D ).92 =79.204 (Kg/Kmol) D = D*MD = 3,72*79,204= 294,64 (Kg/h)  Khối lượng phân tử trung bình... ta thu hỗn hợp lỏng gồm hầu hết cấu tử khó bay Toluen Hỗn hợp lỏng đáy có nồng độ Benzen 5% theo khối lượng, lại Toluen.Dung dịch lỏng đáy khỏi tháp, phần đun, bốc nồi đun (12) cung cấp lại cho