Thiết kế hệ thống tháp chưng đĩa lỗ có ống chảy truyền phân tách: H2O và CH3COOH

BỘ CƠNG THƯƠNG

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỘC LẬP- TỰ DO- HẠNH PHÚC

ĐỒ ÁN MƠN HỌC Q TRÌNH THIẾT BỊ
Họ và tên: Bùi Thị Linh
MSV: 2018603192
Lớp: ĐH Cơng Nghệ Hóa 2

Khóa: 13

Khoa: Cơng nghệ hóa
Giáo viên hướng dẫn: thầy Nguyễn Văn Mạnh
NỘI DUNG: Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ có ống chảy
truyển để phân tách hỗ hợp: Nước – CH3COOH với các số liệu ban đầu như sau:
•

Năng suất hỗn hợp đầu = 5250kg/giờ

•

Nồng độ cấu tử dễ bay hơi :
+ hỗn hợp đầu aF=30,7%
+ hỗn hợp đầu ap=89,7%
+ hỗn hợp đầu aw=1,3%

Tháp làm việc ở áp suất thường, hỗn hợp được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi

STT

Tên bản vẽ

Khổ giấy Số lượng

1

Vẽ dây chuyền sản xuất

A4

01

2

Vẽ hệ thống tháp chưng luyện

A0

01


Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng Nghệ Hóa

Nhận Xét Của Giáo Viên Hướng Dẫn



...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
..............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
Hà Nội, ngày 9 tháng 08 năm 2021
Người nhận xét

2


MỤC LỤC

ĐỒ ÁN MƠN HỌC Q TRÌNH THIẾT BỊ .......................................................1
MỤC LỤC..................................................................................................................3
LỜI NÓI ĐẦU ...........................................................................................................7
Phần I: GIỚI THIỆU CHUNG ..................................................................................9
1.1 LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN: ...........................................................9
1.1.1 Phương pháp chưng luyện: ......................................................................9
1.1.2 Thiết bị chưng luyện: ..............................................................................10
1.2 GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP ĐƯỢC CHƯNG LUYỆN: .............................11
1.2.1 Nước( H2O) .............................................................................................11
1.2.2 Axit axetic (CH3COOH) .........................................................................15
1.3 VẼ VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT ..............................18

PHẦN II: TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH ............................................................21
2.1 Tính tốn cân bằng vật liệu toàn thiết bị:.......................................................21
2.2 Cân bằng vật liệu : .........................................................................................23
2.3 Xác định số bậc thay đổi nồng độ (số đĩa lý thuyết) .....................................25
2.3.1 Xác định chỉ số hồi lưu tối thiểu .............................................................25
2.3.2 Xác định chỉ số hồi lưu làm việc (Rx): ...................................................26
2.3.3 Số đĩa lý thuyết. ......................................................................................32
2.4 Phương trình làm việc các đoạn.....................................................................33
2.4.1 Phương trình làm việc đoạn luyện ..........................................................33


Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng Nghệ Hóa

2.4.2 Phương trình làm việc đoạn chưng .........................................................34
2.5 Tính đường kính tháp .....................................................................................35
2.5.1 Lượng hơi trung bình các dịng pha đi trong tháp ..................................35
2.5.2 Xác định lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng ..............................39
2.5.3 Vận tốc hơi đi trong tháp: .......................................................................41
2.5.4 Đường kính đoạn luyện: .........................................................................44
2.5.5 Đường kính đoạn chưng : .......................................................................45
2.6 Tính chiều cao tháp ........................................................................................46
2.6.1Hệ số khuếch tán: .....................................................................................46
2.6.2 Hệ số cấp khối:........................................................................................49
2.6.3 Hệ số chuyển khối:..................................................................................56
2.3.4. Hiệu suất tháp, chiều cao tháp ...............................................................61
2.7 Tính trở lực tháp.............................................................................................62
2.7.1 Trở lực của đĩa khô ∆𝑃𝑘 .........................................................................63
2.7.2 Trở lực do sức căng bề mặt ∆𝑃𝑠: ............................................................63

2.7.3 Trở lực thủy tĩnh do chất lỏng trên đĩa tạo ra ∆𝑃𝑡: ................................64
2.7.4 Trở lực của tháp ......................................................................................65
2.8 TÌNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG ............................................................66
2.8.1 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu : ..............................................................66
2.8.2 Tháp chưng luyện....................................................................................68
2.8.3 Thiết bị ngưng tụ .....................................................................................72
2.8.4 Thiết bị làm lạnh .....................................................................................74
4


Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng Nghệ Hóa

PHẦN III : TÍNH THIẾT BỊ PHỤ ..........................................................................76
3.1 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu .......................................................................76
3.1.1 Hiệu số nhiệt độ trung bình.....................................................................77
3.1.2 Lượng nhiệt trao đổi ...............................................................................77
3.1.3 Diện tích trao đổi nhiệt ...........................................................................78
3.2 Tính bơm và thùng cao vị ..............................................................................87
3.2.1 Các trở lực của quá trình cấp liệu ...........................................................90
3.2.2 Chiều cao thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu ...........................................101
3.2.3 Chiều cao làm việc bơm: ......................................................................102
PHẦN IV: TÍNH TỐN CƠ KHÍ VÀ LỰA CHỌN ............................................105
4.1 Tính tốn thân tháp ......................................................................................105
4.1.Áp suất trong thiết bị : .............................................................................106
4.2.Ứng suất cho phép : .................................................................................106
4.3. Đại lượng bổ sung ( C). ..........................................................................107
4.4.Chiều dày của thân tháp : .........................................................................108
4.2 Tính đường kính các ống dẫn ......................................................................108

4.2.1.Tính đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh : ...........................................109
4.2.2.Đường kính ống dẫn hồi lưu sản phẩm đỉnh : ......................................110
4.2.3.Đường kính ống dẫn nguyên liệu đầu : .................................................111
4.2.4.Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy : ....................................................111
4.2.5.Đường kính ống dẫn hồi lưu sản phẩm đáy. .........................................112
4.2.6 Đường kính ống chảy chuyền ...............................................................113
5


Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng Nghệ Hóa

4.3 Tính đáy và nắp thiết bị ...............................................................................113
4.3.1.Tính chiều dày đáy : ..............................................................................114
4.3.2. Tính chiều dày nắp : .............................................................................115
4.3.3.Kết luận : ...............................................................................................116
4.4 Chọn Mặt Bích : ...........................................................................................116
4.5 Tính chân đỡ và tai treo thiết bị ...................................................................118
4.5.1.Xác định khối lượng của đáy và nắp : ..................................................118
4.5.2.Khối lượng của thân tháp : ....................................................................118
4.5.3. Khối lượng của cột chất lỏng trong tháp : ...........................................119
4.5.4.Khối lượng của các đĩa : .......................................................................119
4.5.Khối lượng của toàn tháp chưng luyện là : ..............................................119
KẾT LUẬN ............................................................................................................122
TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................124

6

LỜI NÓI ĐẦU
Chúng ta đang sống trong nền kinh tế hậu cơng nghiệp hay cịn gọi là kinh tế
mới, nền kinh tế tri thức. Đặc trưng chủ yếu của nền kinh tế này là sự xuất hiện của
các ngành công nghệ cao, cơng nghệ tự động hóa và người máy, công nghệ thông
tin, công nghệ vật liệu mới… Trong ngành công nghệ vật liệu mới không thể
không nhắc tới ngành cơng nghệ hóa học, bởi cơng nghệ hóa học thuộc nghành
cơng nghệ địi hỏi kỹ tḥt cao, mức độ phát triển khoa học của một đất nước.
Khi mà khoa học kỹ thuật càng phát triển, nhu cầu về đồ dùng phương tiện phục vụ
càng lớn thì địi hỏi đến sản phẩm hóa học càng nhiều. Nhận thấy rõ sự phát triển
như vũ bão của ngành cơng nghệ hóa học với lối tư duy nhạy bén và sáng tạo, khoa
Công Nghệ Hóa trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội đã đào tạo ra những sinh
viên chun ngành hóa. Điều đó khơng chỉ cung cấp cho đất nước đội ngũ những
công nhân lành nghề, những thợ kỹ thuật có tay nghề cao mà nó cịn mở ra cơ hội
việc làm cho giới trẻ trong lĩnh vực khá mới mẻ này.
Là một sinh viên khoa Cơng nghệ Kỹ tḥt Hóa học của trường, em đã được trang
bị rất nhiều những kiến thức cơ bản về các q trình thiết bị của cơng nghệ sản
xuất những sản phẩm hóa học, để củng cố những kiến thức đã học, cũng như để
phát huy trình độ độc lập sáng tạo giải quyết một vấn đề cụ thể của sinh viên trong
thực tế sản xuất, chính vì vậy khi được nhận đề tài đồ án quá trình thiết bị này là
một cơ hội tốt để cho em được tìm hiểu về các q trình cơng nghệ, được vận dụng
những kiến thức đã được học và mở rộng vốn kiến thức của mình, từ đó cho em
cái nhìn cụ thể hơn về ngành nghề mình đã lựa chọn.
Bản đồ án này không chỉ làm sáng tỏ thêm lý thuyết, nắm vững phương pháp tính
tốn và ngun lý vận hành thiết bị, mà đây chính là một cơ hội tốt để sinh viên tập
dượt giải quyết những vấn đề cụ thể trong thực tế sản xuất.


Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng Nghệ Hóa

Để hoàn thành được bản đồ án này em xin gửi lời cám ơn chân thành nhất đến các
thầy cô khoa Cơng Nghệ Hóa, đặc biệt là thầy giáo Nguyễn Văn Mạnh đã giành
cho em sự ưu đãi đặc biệt, tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, tạo điều kiện thuận lợi cho
em hoàn thành đồ án.
Do thời gian và kiến thức bản thân em còn hạn chế nên bản đồ án khơng tránh
khỏi những thiếu sót em rất mong nhận được sự góp ý, những lời nhận xét và sửa
chữa của thầy cơ để bản đồ án của em được hồn chỉnh hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

8


Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng Nghệ Hóa

Phần I: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN:
1.1.1 Phương pháp chưng luyện:
Chưng luyện là một phương pháp nhằm để phân tách một hỗn hợp khí đã hóa
lỏng dựa trên độ bay hơi tương đối khác nhau giữa các cấu tử thành phần ở cùng
một áp suất.
Phương pháp chưng luyện này là một q trình trong đó hỗn hợp được bốc
hơi và ngưng tụ nhiều lần. Kết quả cuối cùng ở đỉnh tháp ta thu được một hỗn hợp
gồm hầu hết các cấu tử dễ bay hơi và nồng độ đạt yêu cầu. Phương pháp chưng
luyện cho hiệu suất phân tách cao, vì vậy nó được sử dụng nhiều trong thực tế.
Dựa trên các phương pháp chưng luyện liên tục, người ta đưa ra nhiều thiết bị
phân tách đa dạng như tháp chóp, tháp đĩa lỗ khơng có ống chảy truyền, tháp đĩa lỗ
có ống chảy truyền, tháp đệm… Cùng với các thiết bị ta có các phương pháp

chưng cất là:
Áp suất làm việc:
•

Chưng cất ở áp suất thấp.

•

Chưng cất ở áp suất thường.

•

Chưng cất ở áp suất cao.

Nguyên tắc của phương pháp này là dựa trên nhiệt độ sôi của các cấu tử: nếu
nhiệt độ sôi của các cấu tử quá cao thì giảm áp suất làm việc để giảm nhệt độ sôi
của các cấu tử.
Nguyên lý làm việc: có thể làm việc theo nguyên lý liên tục hoặc gián đoạn:
-Chưng gián đoạn: phương pháp này được sử dụng khi:
▪

Nhiệt độ sôi của các cấu tử khác xa nhau.
9


Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng Nghệ Hóa

▪

Khơng cần địi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao

▪

Tách hỗn hợp lỏng ra khỏi tạp chất không bay hơi.

▪

Tách sơ bộ hỗn hợp nhiều cấu tử.
- Chưng liên tục: là q trình được thực hiện liên tục nghịch dịng và
nhiều đoạn.
1.1.2 Thiết bị chưng luyện:

Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp khác nhau nhưng chúng
đều có một yêu cầu cơ bản là diện tích tiếp xúc bề mặt pha lớn.
Tháp chưng luyện phong phú về kích cỡ và ứng dụng. Các tháp lớn thường
được sử dụng trong cơng nghệ lọc hóa dầu. Đường kính tháp phụ thuộc vào lượng
pha lỏng và lượng pha khí, độ tinh khiết của sản phẩm. Mỗi loại tháp chưng lại có
cấu tạo riêng, có ưu điểm và nhược điểm khác nhau, vậy ta phải chọn loại tháp nào
cho phù hợp với hỗn hợp cấu tử cần chưng và tính tồn kích cỡ của thết bị cho phù
hợp với yêu cầu.
Trong đồ án này em được nhận thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục loại
tháp đĩa lỗ có ống chảy truyển để phân tách hỗ hợp: Nước – CH3COOH, chế độ là
việc ở áp suất thường với hỗn hợp đầu vào ở nhiệt độ sôi.

10


Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng Nghệ Hóa

1.2 GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP ĐƯỢC CHƯNG LUYỆN:
1.2.1 Nước( H2O)

Nước là một hợp chất hóa học của oxy và hidro, có cơng thức hóa học là H2O.
Với các tính chất lý hóa đặc biệt (ví dụ như tính lưỡng cực, liên kết hiđrơ và tính
bất thường của khối lượng riêng) nước là một chất rất quan trọng trong nhiều
ngành khoa học và trong đời sống; 70% diện tích của Trái Đất được nước che phủ
nhưng chỉ 0,3% tổng lượng nước trên Trái Đất nằm trong các nguồn có thể khai
thác dùng làm nước uống
Cấu tạo:
Phân tử nước bao gồm hai nguyên tử hidro và một nguyên tử oxy. Về mặt hình học
thì phân tử nước có góc liên kết là 104,45°. Do các cặp điện tử tự do chiếm nhiều
chỗ nên góc này sai lệch đi so với góc lý tưởng của hình tứ diện. Chiều dài của liên
kết O-H là 96,84 picomet

11


Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng Nghệ Hóa

Tính lưỡng cực:
Oxy có độ âm điện cao hơn hidro. Việc cấu tạo thành hình ba góc và việc tích điện
từng phần khác nhau của các nguyên tử đã dẫn đến cực tính dương ở các ngun tử
hiđrơ và cực tính âm ở nguyên tử oxy, gây ra sự lưỡng cực. Dựa trên hai cặp điện
tử đơn độc của nguyên tử ôxy, lý thuyết VSEPR đã giải thích sự sắp xếp thành góc

của hai ngun tử hiđrơ, việc tạo thành mơ men lưỡng cực và vì vậy mà nước có
các tính chất đặc biệt. Vì phân tử nước có tích điện từng phần khác nhau nên một
số sóng điện từ nhất định như sóng cực ngắn có khả năng làm cho các phân tử
nước dao động, dẫn đến việc nước được đun nóng. Hiện tượng này được áp dụng
để chế tạo lị vi sóng.
-

Các phân tử nước tương tác lẫn nhau thơng qua liên kết hiđrơ và nhờ vậy có
lực hút phân tử lớn. Đây không phải là một liên kết bền vững. Liên kết của
các phân tử nước thông qua liên kết hidro chỉ tồn tại trong một phần nhỏ của
một giây, sau đó các phân tử nước tách ra khỏi liên kết này và liên kết với
các phân tử nước khác.

-

Đường kính nhỏ của ngun tử hidro đóng vai trò quan trọng cho việc tạo
thành các liên kết hidro, bởi vì chỉ có như vậy ngun tử hidro mới có thể
đến gần nguyên tử oxy một chừng mực đầy đủ. Các chất tương đương của
nước, ví dụ như dihidro sulfua (H2S), khơng tạo thành các liên kết tương tự
vì hiệu số điện tích quá nhỏ giữa các phần liên kết. Việc tạo chuỗi của các
phân tử nước thông qua liên kết cầu nối hidro là nguyên nhân cho nhiều tính
chất đặc biệt của nước, thí dụ như nước mặc dù có khối lượng mol nhỏ vào
khoảng 18 g/mol vẫn ở thể lỏng trong điều kiện tiêu chuẩn. Ngược lại, H2S
tồn tại ở dạng khí cùng ở trong những điều kiện này. Nước có khối lượng
riêng nhỏ nhất ở 4 độ Celcius và nhờ vào đó mà băng đá có thể nổi lên trên
mặt nước; hiện tượng này được giải thích nhờ vào liên kết cầu nối hiđro.
12


Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng Nghệ Hóa

Liên kết hiđro:

•

Các tính chất hóa lý của nước:

•

Cấu tạo của phân tử nước tạo nên các liên kết hiđrô giữa các phân tử
là cơ sở cho nhiều tính chất của nước. Cho đến nay một số tính chất
của nước vẫn còn là câu đố cho các nhà nghiên cứu mặc dù nước đã
được nghiên cứu từ lâu.

•

Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của nước đã được Anders Celsius
dùng làm hai điểm mốc cho độ bách phân Celcius. Cụ thể, nhiệt độ
nóng chảy của nước là 0 độ Celcius, cịn nhiệt độ sơi (760 mm Hg)
bằng 100 độ Celcius. Nước đóng băng được gọi là nước đá. Nước đã
hóa hơi được gọi là hơi nước. Nước có nhiệt độ sơi tương đối cao nhờ
liên kết hiđrơ

•

Dưới áp suất bình thường nước có khối lượng riêng (tỷ trọng) cao
nhất là ở 4 °C: 1 g/cm³ đó là vì nước vẫn tiếp tục giãn nở khi nhiệt độ
giảm xuống dưới 4 °C. Điều này không được quan sát ở bất kỳ một

chất nào khác. Điều này có nghĩa là: Với nhiệt độ trên 4 °C, nước có
13


Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng Nghệ Hóa

đặc tính giống mọi vật khác là nóng nở, lạnh co; nhưng với nhiệt độ
dưới 4 °C, nước lại lạnh nở, nóng co. Do hình thể đặc biệt của phân tử
nước (với góc liên kết 104,45°), khi bị làm lạnh các phân tử phải dời
xa ra để tạo liên kết tinh thể lục giác mở. Vì vậy mà tỉ trọng của nước
đá nhẹ hơn nước thể lỏng.
•

Khi đơng lạnh dưới 4 °C, các phân tử nước phải dời xa ra để tạo liên
kết tinh thể lục giác mở.

•

Nước là một dung mơi tốt nhờ vào tính lưỡng cực. Các hợp chất phân
cực hoặc có tính ion như axít, rượu và muối đều dễ tan trong nước.
Tính hịa tan của nước đóng vai trị rất quan trọng trong sinh học vì
nhiều phản ứng hóa sinh chỉ xẩy ra trong dung dịch nước.

•

Nước tinh khiết khơng dẫn điện. Mặc dù vậy, do có tính hịa tan tốt,
nước hay có tạp chất pha lẫn, thường là các muối, tạo ra các ion tự do
trong dung dịch nước cho phép dịng điện chạy qua.

•

Về mặt hóa học, nước là một chất lưỡng tính, có thể phản ứng như
một axit hay bazơ. Ở 7 pH (trung tính) hàm lượng các ion hydroxyt
(OH-) cân bằng với hàm lượng của hydronium (H3O+). Khi phản ứng
với một axit mạnh hơn thí dụ như HCl, nước phản ứng như một chất
kiềm:

•

HCl + H2O ↔ H3O+ + Cl-

•

Với ammoniac nước lại phản ứng như một axit:

•

NH3 + H2O ↔ NH4+ + OH-

14


Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng Nghệ Hóa

1.2.2 Axit axetic (CH3COOH)

1.2.2.1 Tính chất vật lý
Axit axetic CH3COOH là chất lỏng, không màu, vị chua, tan vô hạn trong nước.
Dung dịch axit axetic nồng độ từ 2 – 5 % dùng làm giấm ăn.
Acid acetic là chất dễ cháy, ở nhiệt độ ấm hơn 39 ° C Axit axetic được coi là một
hợp chất hữu cơ dễ bay hơi của các chất ơ nhiễm.
• Trọng lượng riêng: ρ =1,049 g/cm3 (l)
• ρ =1,266 g/cm3 (s)
• Điểm nóng chảy:

tnc =16,5 ° C (289,6 K; 61,7 °F)

• Điểm sơi:

ts = 118,1 °C (391,2 K; 244,6 °F)

• Độ axit (pKa):

4,76 ở 25°C

• Độ nhớt:

µ =1,22 mPa·s ở 25 °C

1.2.2.2 Tính chất hóa học
▪ Axit axetic có cơng thức phân tử:

CH3COOH

▪ Cơng thức cấu tạo :
15

Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội
▪ Phân tử lượng:

Khoa Cơng Nghệ Hóa

60 đvC

Ngun tử hidro (H) trong nhóm carboxyl (−COOH) trong các axit cacboylic
như axit axetic có thể cung cấp một ion H+ (proton), làm cho chúng có tính chất
axit. Axit axetic là một axit yếu, thuộc nhóm axit monoprotic, có Ka = 4,75. Nó tạo
ra gốc liên kết là axetat (CH3COO−). Dung dịch 1,0 M (tương đương nồng độ giấm
gia đình) có pH là 2,4 cho thấy chỉ 0,44% các phân tử axit axetic bị phân ly.

Liên kết hai phân tử axit axetic, đường đứt nét thể hiện các liên kết hydro
Cấu trúc tinh thể của axit axetic cho thấy các phân tử nhị trùng liên kết bởi
các liên kết hiđro. Các chất nhị trùng cũng có thể được phát hiện ở dạng hơi ở 120
°C. Chúng cũng có mặt trong pha lỏng trong các dung dịch lỗng trong các dung
mơi khơng có liên kết hydro, và một mức độ nhất định trong axit axetic tinh
khiết, nhưng bị phá vỡ trong các dung mơi có liên kết hydro. Enthalpy phân ly của
các chất này ước tính khoảng 65,0–66,0 kJ/mol, và entropy phân ly khoảng 154–
157 J mol−1 K−1. Cách thức nhị trùng này cũng có thể hiện ở các axit cacboxylyc
thấp hơn khác.
Axit axetic lỏng là dung môi protic dính ướt (phân tử phân cực), tương tự
như ethanol và nước. Với hằng số điện mơi trung bình khoảng 6,2, nó có thể hồ
tan khơng chỉ trong các hợp chất phân cực như các muối vô cơ và các loại
đường mà nó cịn có khả năng hịa tan trong các hợp chất không phân cực như dầu,
và các nguyên tố như lưu huỳnh và iốt. Nó cũng có thể hịa trộn với các dung mơi
16

Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng Nghệ Hóa

phân cực và không phân cực khác như nước, chloroform, và hexan. Đối với các
ankan cao phân tử (từ octan trở lên) axit axetic khơng có khả năng trộn lẫn một
cách hoàn toàn, và khả năng trộn lẫn tiếp tục giảm khi số n-ankan càng lớn. Tính
chất hịa tan và độ trộn lẫn của axit axetic làm cho nó được ứng dụng rộng rãi trong
cơng nghiệp.
a. Tính axit
• Tác dụng với bazơ :
CH3COOH + NaOH → H2O +

CH3COONa

• Tác dụng với oxit bazơ:
2CH3COOH + CaO → H2O + (CH3COO)2Ca + H2O.
• Tác dụng với kim loại (trước H) giải phóng H2:
2CH3COOH + 2Na → 2CH3COONa + H2
• Tác dụng với muối của axit yếu hơn:
2CH3COOH + CaCO3 → (CH3COO)2Ca + CO2 + H2O.
b. Tác dụng với rượu etylic tạo ra: este và nước
PTHH : CH3COOH + HO-C2H5

CH3COO C2H5 + H2O.

c. Các phương pháp điều chế:
• Oxi hóa hidrocacbon no

• Oxi hóa anken thành hỗn hợp axit
• Các ancol,andehit,xeton khi bị oxi hóa tạo ra hỗn hợp axit
d. Ứng dụng:
Acid acetic: là một loại acid quan trọng nhất trong các loại acid hữu cơ. Nó rẻ
nên được ứng dụng rộng rãi và là hoá chất cơ bản để điều chế nhiều hợp chất quan
trọng. Acid acetic được ứng dụng trong các nghành :
17


Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng Nghệ Hóa

o Làm dấm ăn, phẩm màu, dược phẩm, nước hoa tổng hợp.
o Đánh đông mủ cao su
o Làm chất dẻo tơ lụa xeluloza acetat .
o Làm phim ảnh không nhạy lửa.
o Làm chất kết dính polyvinyl acetat .
1.3 VẼ VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT
DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT:

Hình 1.1. Sơ đồ dây chuyền công nghê chưng luyện liên tục
18


CHÚ THÍCH:
1. Thùng chứa hỗn hợp đầu

7. Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh

2. Bơm

8. Thùng chứa sản phẩm đỉnh

3. Thùng cao vị

9. Thiết bị gia nhiệt đáy tháp

4. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu

10. Thùng chứa sản phẩm đáy

5. Tháp chưng luyện

11. Thiết bị tháo nước ngưng

6. Thiết bị ngưng tụ hồi lưu
THUYẾT MINH:
Dung dịch đầu ở thùng (1) được bơm (2) bơm liên tục lên thùng cao vị (3),
mức chất lỏng cao nhất ở thùng cao vị được khống chế nhờ ống chảy tràn, từ thùng
cao vị dung dịch được đưa vào thiết bị đun nóng (4) qua lưu lượng kế (11), ở đây
dung dịch được đun nóng đến nhiệt độ sơi bằng hơi nước bão hồ, từ thiét bi gia
nhiệt (4) dung dịch được đưa vào tháp chưng luyện (5) nhờ đĩa tiếp liệu, trong tháp
hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng đi từ trên xuống, nhiệt độ và nồng độ các cấu tử
thay đổi theo chiều cao của tháp. Vì vậy hơi từ đĩa phía dưới lên đĩa phía trên, các
cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽ được ngưng tụ lại và cuối cùng trên đỉnh ta thu được
hỗn hợp gồm hầu hết các cấu tử dễ bay hơi. Hơi đó đi vào thiết bị ngưng tụ hồi lưu
(6), ở đây nó được ngưng tụ lại.
Một phần chất lỏng đi qua thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh đến nhiệt độ cần
thiết rồi đi vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (8), một phần khác hồi lưu về tháp ở đĩa

trên cùng.
Chất lỏng đi từ trên xuống gặp hơi có nhiệt độ cao hơn, một phần cấu tử có
nhiệt độ sơi thấp được bốc hơi và do đó nồng độ cấu tử khó bay hơi trong chất


Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng Nghệ Hóa

lỏng ngày càng tăng và cuối cùng ở đáy tháp ta thu dược hỗn hợp lỏng gồm hầu hết
là cấu tử khó bay hơi. Chất lỏng đi ra khỏi tháp được làm lạnh rồi đi vào thùng
chứa sản phẩm đáy (10). Như vậy với thiết bị làm việc liên tục thì hỗn hợp đầu
được đưa vào liên tục và sản phẩm cũng được tháo ra liên tục

20


PHẦN II: TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH
2.1 Tính tốn cân bằng vật liệu tồn thiết bị:
•

Kí hiệu các đại lượng như sau:

F : lượng nguyên liệu đầu (kmol/h)
P : lượng sản phẩm đỉnh (kmol/h)
W: lượng sản phẩm đáy (kmol/h)
xF: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu
xP: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đỉnh
xW: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy.
•

Giả thiết:

+ Số mol pha hơi đi từ dưới lên là bằng nhau trong tất cả mọi tiết diện của
tháp.
+ Số mol chất lỏng không thay đổi theo chiều cao đoạn chưng và đoạn luyện.
+ Hỗn hợp đầu đi vào tháp ở nhiệt độ sôi.
+ Chất lỏng ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ có thành phần bằng thành phần
của hơi đi ra ở đỉnh tháp.
+ Cấp nhiệt ở đáy tháp băng hơi đốt gián tiếp.
•

Yêu cầu thiết bị:

F: Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu = 5250 kg/giờ
Thiết bị làm việc ở áp suất thường (P = 1 at)
Tháp chưng loại: tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền.
•

Điều kiện:


Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng Nghệ Hóa

aF : Nồng độ nước trong hỗn hợp đầu = 30,7% (phần khối lượng)
aP: Nồng độ nước trong sản phẩm đỉnh = 89,7% (phần khối lưọng)
aW: Nồng độ nước trong sản phẩm đáy = 1,3% (phần khối lượng)
MA: Khối lượng phân tử của nước = 18 (kg/kmol)

MB: Khối lượng phân tử của axit acetic CH3COOH = 60 (kg/kmol)
•

Đổi từ phần khối lượng sang phần mol:

30,7
18
xF = 30,7 69,3 = 0,596 (phần mol)
+
18
60
89,7
18
xP = 89,7 10,3 = 0,966 (phần mol)
+
18
60
1,3
18
xW = 1,3 98,7 = 0,042 (phần mol)
+
18
60
•

Tính khối lượng mol trung bình:

Áp dụng cơng thức:

M = x.M + (1 - x).M

Ta có :
MF= 0,596.18 + ( 1- 0,596).60= 34,968 (kg / kmol)

MP= 0,966.18 + (1- 0,966).60= 19,428 (kg / kmol)

Mw= 0,042.18 + (1- 0,042).60= 58,236 (kg / kmol)

22


Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng Nghệ Hóa

2.2 Cân bằng vật liệu :
D,yD

F,xF

D0

L0

DU

LU

P,xP

W,xW

Hình 2: Sơ đồ hệ thống tháp chưng
Hỗn hợp đầu vào F (nước – axetic) được phân tách thành sản phẩm đỉnh P
(nước), và sản phẩm đáy W ( axetic). Ở đĩa trên cùng có 1 lượng lỏng hồi lưu, ở
đáy tháp có thiết bị đun sơi. Lượng hơi đi ra đỉnh tháp Do.
Phương trình cân bằng vật liệu:
F = P + W (1)
Trong đó:
- F là lượng hỗn hợp đầu đi vào tháp (kg / h)
- P là lượng sản phẩm đỉnh (kg / h)
- W là lượng sản phẩm đáy (kg / h)
Phương trình cân bằng vật liệu cho cấu tử dễ bay hơi (H2O):
F.aF = P.aP + W.aW

(2)

Từ (1) và (2) thay số ta có:
23


Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng Nghệ Hóa

P + W = 5250

P = 1746,041 (kg/h)

0,897 P + 0,013 W = 0,307 . 5250

W = 3503,959 (kg/h)

- Ta có:
• Lượng sản phẩm đáy : W = 3503,959 (kg/h)
• Lượng sản phẩm đỉnh: P = 1746,041 (kg/h)
• Lượng hỗn hợp đầu và tháp : F = 5250 (kg/h)
- Đổi lượng F , P , W ra (kmol/h): (II_144)
GF = F’ =

5250
F
=
= 150,137 (kmol/h)
xF.MA+(1-xF)MB
34,968

GP =P’ = GF .

𝑥𝐹 −𝑥𝑤
𝑥𝑝 −𝑥𝑤

= 150,137

0,596−0,042
0,966−0,042

= 90,017 (kmol/h)

GW =W’ = GF – GP = 60,12 (kmol/h)

Ta có bảng:
Nhập liệu

Sản phẩm đỉnh

Sản phẩm đáy

aF = 30,7 %

aP = 89,7 %

aW = 1,3 %

xF = 0,596 (phần mol)

xP = 0,966

xW = 0,042

MF = 34,968 (kg/kmol)

MP = 19,428

MW = 58,236

GF = 150,137 (kmol/h)

GP =90,017

GW = 60,12

F = 5250 (kg/h)

P = 1746,041

W = 3503,959

Bảng 1:Bảng số liệu 1

24


Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng Nghệ Hóa

2.3 Xác định số bậc thay đổi nồng độ (số đĩa lý thuyết)
2.3.1 Xác định chỉ số hồi lưu tối thiểu
Dựng đường cân bằng theo số liệu đường cân bằng tra ở đường cân bằng lỏnghơi và nhiệt độ sôi của 2 cấu tử ở 760 mmHg ( tính theo % số mol ) của nước - axit
axetic ( Bảng IX. 2a- II_ 148)
x%

0

5

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

y%

0

9,2

16,7

30,3

42,5

53

62,6

71,6

79,5

86,4

93

100

t 0C

118,1

115,4

113,8

110,1 107,5 105,8 104,4 103,3 102,1 101,3 100,6

* Từ đường cân bằng lỏng (x) – hơi (y) với xF = 0,596
→ y*F = 0.7124

25

100