Tài liệu Đồ án môn học " Tháp chưng cất laoij mâm chóp để chưng cất hổn hợp Axit axetic – Nước '''' docx

Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ



1


Đại học Quốc gia TpHCM
Trường Đại học Bách Khoa
Khoa Công nghệ Hóa học & Dầu khí

BỘ MÔN MÁY & THIẾT BỊ
WYZXWYZX




ĐỒ ÁN MÔN HỌC:



THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT LOẠI MÂM CHÓP ĐỂ
CHƯNG CẤT HỖN HỢP AXIT AXETIC - NƯỚC





CBHD: Thầy HỒNG MINH NAM
Sinh viên: MAI THỊ NGỌC HẠ

MSSV: 60500799
Lớp: HCO5KSTN
Ngành : HÓA HỮU CƠ




Năm học : 2008 - 2009
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
I . LÝù THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT
1 . Phương pháp chưng cất
2 . Thiết bị chưng cất:
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ



2


II . GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU
1 . Acid axetic
2 . Nước
3 . Hỗn hợp Acid axetic – Nước
CHƯƠNG 2 : QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
CHƯƠNG 3 : CÂN BẰNG VẬT CHẤT
I. CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU
II. XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ĐỈNH VÀ ĐÁY

III. XÁC ĐỊNH TỶ SỐ HỒN LƯU LÀM VIỆC
IV. XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG MOL CỦA CÁC DÒNG PHA
CHƯƠNG 4 : CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG
CHƯƠNG 5 : TÍNH TỐN THI
ẾT BỊ CHÍNH
I. ĐƯỜNG KÍNH THÁP:
1. Đường kính đoạn luyện
2. Đường kính đoạn chưng
II. CHIỀU CAO THÁP
III. TÍNH TỐN CHÓP VÀ ỐNG CHẢY CHUYỀN
IV. TRỞ LỰC CỦA THÁP
CHƯƠNG 6 : TÍNH TỐN CƠ KHÍ
I. TÍNH CHIỀU DÀY THÂN THÁP
II. TÍNH ĐÁY, NẮP THIẾT BỊ
III. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH VÀ BULON ỐNG DẪN
1. Ống dẫn hơi vào thiết bị ngưng tụ

2. Ống dẫn dòng chảy hồn lưu
3. Ống dẫn dòng nhập liệu
4. Ống dẫn dòng sản phẩm đáy
5. Ống dẫn từ nồi đun qua tháp
CHƯƠNG 7 : TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ
I. THIẾT BỊ ĐUN SÔI ĐÁY THÁP
II. THIẾT BỊ LÀM NGUỘI SẢN PHẨM ĐÁY
III. THIẾT BỊ NGƯNG TỤ SẢN PHẨM ĐỈNH
IV. THIẾ
T BỊ ĐUN SÔI DÒNG NHẬP LIỆU
V. BỒNG CAO VỊ
VI. BƠM
CHƯƠNG 8 : TÍNH GIÁ THÀNH THIẾT BỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO


Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ



3







CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
I. LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT :
1. Khái niệm:
LỜI MỞ ĐẦU

Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển và cùng với nó là nhu cầu
ngày càng cao về độ tinh khiết của các sản phẩm. Vì thế, các phương pháp
nâng cao độ tinh khiết luôn luôn được cải tiến và đổi mới để ngày càng hồn
thiện hơn, như là: cô đặc, hấp thụ, chưng cất, trích ly,… Tùy theo đặc tính
yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp phù hợp. Đối với hệ
Axit axetic – Nước là 2 cấu tử tan l
ẫn hồn tồn, ta phải dùng phương pháp
chưng cất để nâng cao độ tinh khiết.
Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị là một môn học mang tính tổng

hợp trong quá trình học tập của các kỹ sư Công nghệ Hóa học tương lai.
Môn học giúp sinh viên giải quyết nhiệm vụ tính tốn cụ thể về: quy trình
công nghêä, kết cấu, giá thành của một thiết bị trong sản xuất hóa chất - thực
phẩm. Đây là bước
đầu tiên để sinh viên vận dụng những kiến thức đã học
của nhiều môn học vào giải quyết những vấn đề kỹ thuật thực tế một cách
tổng hợp.
Nhiệm vụ của Đồ án này là thiết kế hệ thống chưng cất Nước – Axit
axetic có năng suất là 0,5m
3
/h, nồng độ nhập liệu là 8%(kg axit/kg hỗn hợp),
nồng độ sản phẩm đỉnh là 95,5%(kg nước/kg hỗn hợp), nồng độ sản phẩm
đáy là 30%(kg axit/kg hỗn hợp), tháp làm việc ở áp suất thường.

Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ



4


Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của một hỗn hợp lỏng cũng như hỗn hợp khí
lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp
(nghĩa là khi ở cùng một nhiệt độ, áp suất hơi bão hòa của các cấu tử khác nhau).
Thay vì đưa vào trong hỗn hợp một pha mới để tạo nên sự tiếp xúc giữa hai pha như trong
quá trình hấp thu ho
ặc nhả khí, trong quá trình chưng cất pha mới được tạo nên bằng sự bốc hơi
hoặc ngưng tụ.
Trong trường hợp đơn giản nhất, chưng cất và cô đặc không khác gì nhau, tuy nhiên giữa hai

quá trình này có một ranh giới cơ bản là trong quá trình chưng cất dung môi và chất tan đều bay
hơi (nghĩa là các cấu tử đều hiện diện trong cả hai pha nhưng với tỷ lệ khác nhau), còn trong quá
trình cô đặc thì chỉ có dung môi bay hơi còn chất tan không bay hơi.
Khi chưng cất ta thu được nhiều cấu tử và thường thì bao nhiêu cấu tử sẽ thu được bấy nhiêu
sản phẩm. Nếu xét hệ đơn giản chỉ có 2 cấu tử thì ta thu được 2 sản phẩm:
 Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần rất ít các cấu tử có độ
bay hơi bé.
 Sản phẩm đáy chủ y
ếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất ít cấu tử có độ bay
hơi lớn.
Đối với hệ Nước – Axit axetic thì:
 Sản phẩm đỉnh chủ yếu là nước.
 Sản phẩm đáy chủ yếu là axit axetic.
2. Các phương pháp chưng cất:
2.1. Phân loại theo áp suất làm việc:
- Áp suất thấp
- Áp suất thường
- Áp suất cao
2.2. Phân loại theo nguyên lý làm việc:
- Chưng cất đơn giản
- Chưng bằng hơi nước trực tiếp
- Chưng cất
2.3. Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp:
- Cấp nhiệt trực tiếp
- Cấp nhiệt gián tiếp
Vậy: đối với hệ Nước – Axit axetic, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt gián
tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường.
Thiết bị chưng cất:
Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để tiến hành chưng cất. Tuy nhiên
yêu cầu cơ bản chung của các thiết bị vẫn giống nhau nghĩa là diệ

n tích bề mặt tiếp xúc pha phải
lớn, điều này phụ thuộc vào mức độ phân tán của một lưu chất này vào lưu chất kia. Nếu pha khí
phân tán vào pha lỏng ta có các loại tháp mâm, nếu pha lỏng phân tán vào pha khí ta có tháp
chêm, tháp phun,… Ở đây ta khảo sát 2 loại thường dùng là tháp mâm và tháp chêm.
 Tháp mâm: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các mâm có cấu tạo khác
nhau, trên đó pha lỏng và pha hơi được cho tiếp xúc với nhau. Tùy theo cấu tạo của đĩa,
ta có:
Tháp mâm chóp : trên mâm bố trí có chóp dạng tròn, xupap, chữ
s…, có rãnh xung quanh để pha
khí đi qua và ống chảy chuyền có hình tròn.
- Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh
 Tháp chêm (tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với nhau bằng mặt bích hay hàn.
Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp
thứ tự.
So sánh ưu nhược điểm của các loại tháp:
Tháp chêm Tháp mâm xuyên lỗ Tháp mâm chóp
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ



5



Vậy ta sử dụng tháp mâm chóp để chưng cất hỗn hợp AXIT AXETIC – NƯỚC

II. GIỚI THIỆU SƠ BỘ VỀ TÍNH CHẤT NGUYÊN LIỆU :
1. Axit axetic:
1.1. Tính chất:

Axit axetic nóng chảy ở 16,6
o
C, điểm sôi 118
o
C, hỗn hợp trong nước với mọi tỷ lệ. Trong
quá trình hỗn hợp với nước có sự co thể tích, với tỷ trọng cực đại, chứa 73% axit axetic (D :
1,078 và 1,0553 đối với axit thuần khiết).
Người ta không thể suy ra được hàm lượng axit axetic trong nước từ tỷ trọng của nó, ngoại
trừ đối với các hàm lượng dưới 43%.
Tính ăn mòn kim loại:
 Axit axetic ăn mòn sắt.
 Nhôm bị ăn mòn bở
i axit lỗng, nó đề kháng tốt đối với axit axetic đặc và thuần khiết.
Đồng và chì bị ăn mòn bởi axit axetic với sự hiện diện của không khí.
 Thiếc và một số loại thép nikel – crom đề kháng tốt đối với axit axetic.

Axit axetic thuần khiết còn gọi là axit glaxial bởi vì nó dễ dàng đông đặc kết tinh như nước
đá ở dưới 17
o
C, đước điều chế chủ yếu bằng sự oxy hóa đối với andehit axetic. Không màu sắc,
vị chua, tan trong nước và cồn etylic.

1.2. Điều chế:
Axit axetic được điều chế bằng cách:
1) Oxy hóa có xúc tác đối với cồn etylic để biến thành andehit axetic, là một giai đoạn trung
gian. Sự oxy hóa kéo dài sẽ tiếp tục oxy hóa andehit axetic thành axit axetic.
CH
3
CHO + ½ O
2

= CH
3
COOH
C
2
H
5
OH + O
2
= CH
3
COOH + H
2
O
2) Oxy hóa andehit axetic được tạo thành bằng cách tổng hợp từ acetylen.
Sự oxy hóa andehit được tiến hành bằng khí trời với sự hiện diện của coban axetat. Người ta
thao tác trong andehit axetic ở nhiệt độ gần 80
o
C để ngăn chặn sự hình thành peroxit. Hiệu suất
đạt 95 – 98% so với lý thuyết. Người ta đạt được như thế rất dễ dàng sau khi chế axit axetic kết
tinh được.
CH
3
CHO + ½ O
2


C80ôûaxetatCoban
o
CH

3
COOH
3)
Tổng hợp đi từ cồn metylic và Cacbon oxit.
Ưu
điểm
- Cấu tạo khá đơn giản.
- Trở lực thấp.
- Làm việc được với chất lỏng bẩn
nếu dùng đệm cầu có    của
chất lỏng.
- Trở lực tương đối thấp.
- Hiệu suất khá cao.
- Làm việc được với chất
lỏng bẩn.


- Khá ổn
định.
- Hiệu suất cao

Nhược
điểm
- Do có hiệu ứng thành  hiệu
suất truyền khối thấp.
- Độ ổn định không cao, khó vận
hành.
- Do có hiệu ứng thành  khi tăng
năng suất thì hiệu ứng thành tăng
 khó tăng năng suất.

- Thiết bị khá nặng nề.
- Kết cấu khá phức tạp. - Có trở lực lớn.
- Tiêu tốn nhiều
vật tư, kết cấu
phức tạp.
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ



6


Hiệu suất có thể đạt 50 – 60% so với lý thuyết bằng cách cố định cacbon oxit trên cồn
metylic qua xúc tác.
Nhiệt độ từ 200 – 500
o
C, áp suất 100 – 200atm:
CH
3
OH + CO  CH
3
COOH
với sự hiện diện của metaphotphit hoặc photpho – vonframat kim loại 2 và 3 hóa trị (chẳng hạn
sắt, coban).
1.3.
Ứng dụng:
Axit axetic là một axit quan trọng nhất trong các loại axit hữu cơ. Axit axetic tìm được rất
nhiều ứng dụng vì nó là loại axit hữu cơ rẻ tiền nhất. Nó được dùng để chế tạo rất nhiều hợp chất
và ester. Nguồn tiêu thụ chủ yếu của axit axetic là:


Làm dấm ăn (dấm ăn chứa 4,5% axit axetic).

Làm đông đặc nhựa mủ cao su.

Làm chất dẻo tơ sợi xenluloza axetat – làm phim ảnh không nhạy lửa.

Làm chất nhựa kết dính polyvinyl axetat.

Làm các phẩm màu, dược phẩm, nước hoa tổng hợp.

Axetat nhôm dùng làm chất cắn màu (mordant trong nghề nhuộm)

Phần lớn các ester axetat đều là các dung môi, thí dụ: izoamyl axetat hòa tan được nhiều
loại nhựa xenluloza.
2. Nước:
Trong điều kiện bình thường: nước là chất lỏng không màu, không mùi, không vị nhưng khối
nước dày sẽ có màu xanh nhạt.
Khi hóa rắn nó có thể tồn tại ở dạng 5 dạng tinh thể khác nhau.
Tính chất vật lý:

Khối lượng phân tử : 18 g / mol

Khối lượng riêng d
4
0
c : 1 g / ml

Nhiệt độ nóng chảy : 0
0

C

Nhiệt độ sôi : 100
0
C
Nước là hợp chất chiếm phần lớn trên trái đất (3/4 diện tích trái đất là nước biển) và rất cần
thiết cho sự sống.
Nước là dung môi phân cực mạnh, có khả năng hồ tan nhiều chất và là dung môi rất quan
trọng trong kỹ thuật hóa học.
3. Hỗn hợp Acid acetic – Nước:
Ta có bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp Acid acetic -
Nước ở 760 mmHg:
x(%phân
mol)
0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
y(%phân
mol)
0 9.2 16.7 30.3 42.5 53 62.6 71.6 79.5 86.4 93 100
t(
0
C) 118.4 115.4 113.8 110.1 107.5 105.8 104.4 103.3 102.1 101.3 100.6 100

Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ



7

Heä Nöôùc- Acetic
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 102030405060708090100
x% (mol)
y % (mol)

Hình12: Giản đồ x - y của hệ Axit axetic - Nước


100
101
102
103
104
105
106
107
108
109

110
111
112
113
114
115
116
117
118
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1


Hình 2: Giản đồ T – x,y của hệ Axit axetic–Nước

Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ



8

CHƯƠNG 2 : QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Chú thích các kí hiệu trong qui trình:
1.
Bồn chứa nguyên liệu.
2.
Bơm.
3.
Bồn cao vị.
4.
Lưu lượng kế.
5.
Thiết bị đun sôi dòng nhập liệu.
6.
Bẩy hơi.
7.
Nhiệt kế.
8.
Áp kế.
9.
Tháp chưng cất.
10.
Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh.
11.

Bồn chứa sản phẩm đỉnh.
12.
Thiết bị đun sôi đáy tháp.
13.
Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy.
14.
Bồn chứa sản phẩm đáy.
Hỗn hợp Nước – Axit axetic có nồng độ nước 92% (theo phần khối lượng), nhiệt độ khoảng
27
0
C tại bình chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3). Sau đó, hỗn hợp được
gia nhiệt đến nhiệt độ sôi trong thiết bị đun sôi dòng nhập liệu (5), rồi được đưa vào tháp chưng
cất (9) ở đĩa nhập liệu.
Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn luyện của tháp chảy xuống.
Trong tháp, hơi
đi từ dưới lên gặp chất lỏng từ trên xuống. Ở đây, có sự tiếp xúc và trao đổi giữa
hai pha với nhau. Pha lỏng chuyển động trong phần chưng càng xuống dưới càng giảm nồng độ
các cấu tử dễ bay hơi vì đã bị pha hơi tạo nên từ nồi đun (12) lôi cuốn cấu tử dễ bay hơi. Nhiệt
độ càng lên trên càng thấp, nên khi hơi đi qua các đĩa từ dưới lên thì cấ
u tử có nhiệt độ sôi cao là
axit axetic sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp có cấu tử nước chiếm
nhiều nhất (có nồng độ 99,5% phần khối lượng). Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ (10) và được
ngưng tụ hồn tồn. Một phần của chất lỏng ngưng tụ được hồn lưu về tháp ở đĩa trên cùng. Một
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ



9

phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp được bốc hơi, còn lại cấu tử có nhiệt độ sôi cao trong chất lỏng
ngày càng tăng. Cuối cùng, ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng hầu hết là các cấu tử khó bay
hơi (axit axetic). Hỗn hợp lỏng ở đáy có nồng độ nước là 70% phần khối lượng, còn lại là axit
axetic. Dung dịch lỏng ở đáy đi ra khỏi tháp vào nồi đ
un (12). Trong nồi đun dung dịch lỏng một
phần sẽ bốc hơi cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc, phần còn lại ra khỏi nồi đun đi qua
thiết bị làm nguội sản phẩm đáy (13), được làm nguội đến 40
0
C, rồi được đưa qua bồn chứa sản
phẩm đáy (14).
Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là nước được thải bỏ, sản phẩm đáy là axit
axetic được giữ lại.

Đồ án mơn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ



10


1
2
3
9
12
T
T
T

Vũ Bá Minh
Thiết bò đun sôi đáy tháp
Áp kế
Tháp chưng cất
Thiết bò ngưng tụ sản phẩm đỉnh
Nhiệt kế
Lưu lượng kế
Bẫy hơi
Thiết bò đun sôi dòng nhập liệu
B
? n ch? a s? n ph? m d?nh
Bồn cao vò
Bơm
Bồn chứa nguyên liệu
1/2
Chức năng
SV TH
GVH D
CNBM
Chữ kýHọ tên
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Tỉ lệ
Bản vẽ số
Ngày HT
Ngày BV
Hoàng M inh Nam
Mai Th
? Ng?c H?
Đồ án môn học : Quá trình và Thiết bò
THIẾT K Ế HỆ THỐNG CHƯNG CẤT AXIT AXETIC - NƯỚC

DÙNG THÁP MA ÂM CHÓP
Trường Đại học Bách K hoa T p. H ồ Chí Minh
Khoa Công nghệ Hóa học
BỘ MÔN MA ÙY VÀ THIẾT BỊ
STT
TÊN GỌI
ĐẶC TÍN H K Y Õ THUẬT
SL
VẬT LIỆU
1
2
4
3
7
8
6
5
11
12
10
9
10/10/08
27/12/08
7
x = 92%
t
= 27C
Hơi đốt
P = 2,5at
Nước

ngưng
Sản phẩm đỉnh
Dòng
hồi
lưu
P
Hơi đốt
P = 2,5at
Nước
ngưng
Nước lạnh
Nước nóng
Khí
không
ngưng
5
10
3
6
8
1
2
1
2
1
2
3
1
1
1

1
1
P
x = 95,5 %
11
Nu?c
Nu?c
x = 70%
t
= 40C
Sản
phẩm
đáy
13
14
Thiết bò làm nguội sản phẩm đáy
B
? n ch? a s? n ph?m d áy
13
14
1
1
1

Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ



11

CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT

I. CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU :
Chọn loại tháp là tháp mâm xuyên lỗ.
Khi chưng luyện dung dịch axit axetic thì cấu tử dễ bay hơi là nước.
Hỗn hợp:





)mol/g(18MOH:Nöôùc
)mol/g(60MCOOHCH:axeticAxit
N2
A3


Năng suất nhập liệu: G
F
= 0.5 (m
3
/h)

Nồng độ nhập liệu: x
F
= 92% (kg nước/ kg hỗn hợp)

Nồng độ sản phẩm đỉnh: x

D
= 99.5% (kg nước/ kg hỗn hợp)

Nồng độ sản phẩm đáy: x
W
= 70% (kg nước/ kg hỗn hợp)

Chọn:
9
Nhiệt độ nhập liệu: t
FV
= 27
o
C
9
Trạng thái nhập liệu là trạng thái lỏng sôi.
với thiết bị đun sôi đáy tháp :
9
Aùp suất hơi đốt : P
h
= 2.5at
Đối với thiết bị làm nguội sản phẩm đáy :
9
Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi làm nguội: t
WR
= 40
o
C
9
Nhiệt độ dòng nước lạnh đi vào: t

V
= 27
o
C
9
Nhiệt độ dòng nước lạnh đi ra: t
R
= 35
o
C
Đối với thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh :
9
Nhiệt độ dòng nước lạnh đi vào: t
V
= 27
o
C
9
Nhiệt độ dòng nước lạnh đi ra: t
R
= 60 ÷ 70
o
C

Các ký hiệu:
9
G
F
, F: suất lượng nhập liệu tính theo kg/h, kmol/h.
9

G
D
, D: suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo kg/h, kmol/h.
9
G
W
, W: suất lượng sản phẩm đáy tính theo kg/h, kmol/h.
9
x
i
, x
i
: nồng độ phần mol, phần khối lượng của cấu tử i.

II. XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ĐỈNH và SẢN PHẨM ĐÁY THU ĐƯỢC
Tra bảng 1.249, trang 310, [5]
 Khối lượng riêng của nước ở 27
o
C: 
N
= 996,4 (kg/m
3
)
Tra bảng 1.2, trang 9, [5]
 Khối lượng riêng của axit axetic ở 27
o
C: 
A
= 1040,65 (kg/m
3

)
Áp dụng trong công thức (1.2), trang 5, [5]:

10,920.08
996,4 1040,65
FN
FA
hh N A
x
x

 

 
hh
= 1000 (kg/m
3
)
Năng suất nhập liệu : G
F
= 0,5 (m
3
/h)

1000 (kg/m
3
) = 500 (kg/h)
Đun gián tiếp :






WWDDFF
WDF
xGxGxG
GGG


FD
W
WF
D
WD
F
xx
G
xx
G
xx
G








92 70

500 372,88( / )
99,5 70
FW
DF
DW
xx
GG kgh
xx


  



 G
W
= G
F
– G
D
= 500 – 372,88 = 127,12 (kg/h)

Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ



12

x
F

y
F


III. XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HỒN LƯU LÀM VIỆC :
1. Nồng độ phần mol:








60
92,01
18
92,0
18
92,0
1
A
F
N
F
N
F

F
M
x
M
x
M
x
x
0,9746 (mol nước/ mol hỗn hợp)

8861.0
60
70,01
18
70,0
18
70,0
1







A
W
N
W
N

W
W
M
x
M
x
M
x
x
(mol nước/ mol hỗn hợp)


9985,0
60
955,01
18
995,0
18
995,0
1







A
D
N

D
N
D
D
M
x
M
x
M
x
x
(mol nước/ mol hỗn hợp)
2.
Suất lượng mol tương đối của dòng nhập liệu:
27,1
8861,09746,0
8861,09985,0







WF
WD
xx
xx
f

3. Tỉ số hồn lưu làm việc:
Hình 1: Đồ thị cân bằng pha của hệ Nước – Axit axetic



Dựa vào hình 1  y
F
*
= 0,9819
Tỉ số hồn lưu tối thiểu:
9746,09819,0
9819,09985,0
*
*
min






FF
FD
xy
yx
R = 2,274
Tỉ số hồn lưu làm việc: R = 1,3R
min
+ 0,3 = 3,2562
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam

Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ



13



IV. XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG MOL CỦA CÁC DÒNG PHA :
Coi lưu lượng mol của các dòng pha đi trong mỗi đoạn tháp (chưng và luyện) là không đổi.
1.
Tại đỉnh tháp:










Vì tại đỉnh tháp nồng độ phần mol của nước trong pha lỏng và pha hơi bằng nhau.
 Khối lượng của pha hơi và pha lỏng tại đỉnh tháp là bằng nhau:
M
HD
= M
LD
= x
D

. M
N
+ (1 – x
D
). M
A

= 0,9985. 18 + (1 – 0,9985). 60 = 18,063 (kg/ kmol)
Suất lượng khối lượng của dòng hơi tại đỉnh tháp:
G
HD
= (R +1)G
D
= (3,2562 + 1). 372,88 = 1587,05 (kg/h)

Suất lượng mol của dòng hơi tại đỉnh tháp:
n
HD
= 862,87
063,18
05,1587

HD
HD
M
G
(kmol/h)
Suất lượng khối lượng của dòng hồn lưu:
G
L

= RG
D
= 3,2562 . 372,88 = 1214.17(kg/h)
Suất lượng mol của dòng hồn lưu:
22,67
063,18
17,1214

LD
L
M
G
L (kmol/h)

2.
Tại mâm nhập liệu:







Khối lượng mol của dòng nhập liệu:
M
F
= x
F
. M
N

+ (1 – x
F
). M
A

= 0,9746.18 + (1 – 0,9746).60 = 19,067 (kg/kmol)
Suất lượng mol của dòng nhập liệu:
F =
223,26
067,19
500

F
F
M
G
F
(kmol/h)
Và: n
LF
= L = 67.22(kmol/h)
n’
LF
= L + F = 67.22 + 26,223 = 93.443 (kmol/h)
n
HF
= n
HD
= 87.862(kmol/h)

3.
Tại đáy tháp:


L n
HD

n
LF

n’
LF
n
HF

n
HF

F
n
LW
n
HW

Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ



14

Vì tại đáy tháp nồng độ phần mol của nước trong pha lỏng và pha hơi bằng nhau.
 Khối lượng của pha hơi và pha lỏng tại đáy tháp là bằng nhau:
M
HW
= M
LW
= x
W
. M
N
+ (1 – x
W
). M
A

= 0,8861. 18 + (1 – 0,8861). 60 = 22,784 (kg/mol)
Suất lượng mol của dòng sản phẩm đáy:
58.5
784,22
12,127

LW
W

M
G
W (kmol/h)
Và: n
LW
= n’
LF
= 67.22 (kmol/h)
n
HW
= n
HF
= n
HD
= 87.862 (kmol/h)












CHƯƠNG 4: CÂN BẰNG NHIỆT
I. CÂN BẰNG NHIỆT CHO TỒN THÁP :
Chọn hơi đốt là hơi nước ở 2,5at

Tra bảng 1.251, trang 314, [5]:
 Nhiệt hóa hơi:
OH
2
r = r
n
= 2189500 (J/kg)
 Nhiệt độ sôi:
OH
2
t = t
n
= 126,25 (
o
C)
Dòng sản phẩm tại đáy có nhiệt độ:
 Trước khi vào nồi đun (lỏng): t
S1
= 100,727 (
o
C)
 Sau khi được đun sôi (hơi): t
S2
= 100,966 (
o
C)
Cân bằng nhiệt cho tồn tháp:
Q
đ
+ G

F
h
FS
= (R+1) G
D
r
D
+ G
D
h
DS
+ G
W
h
WS
+ Q
m

Giả sử Q
m
= 0,05Q
đ
 0,95Q
đ
= (R+1) G
D
r
D
+ G
D

(h
DS
– h
FS
) + G
W
(h
WS
– h
FS
)
 h
FS
= c
F
.t
FS
= [
AFNF
c)x1(cx  ]t
FS

 h
WS
= c
W
.t
WS
= [
AWNW

c)x1(cx

 ]t
WS

 h
DS
= c
D
.t
DS
= [
ADND
c)x1(cx  ]t
DS


 r
D
=
ADND
r)x1(rx 
W
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ



15

Với x
F
= 0,9746  t
FS
= 100,1524
o
C
x
W
= 0,8861 t
WS
= 100,7272
o
C
x
D
= 0,9985  t
DS
= 100,009
o
C
1.1.
Nhiệt dung riêng:
Tra bảng 1.249, trang 310, [5]
Nhiệt dung riêng của nước ở 100,009
o
C = 4,220012 (kJ/kg.K)
Nhiệt dung riêng của nước ở 100,1524
o

C = 4,220198 (kJ/kg.K)
Nhiệt dung riêng của nước ở 100,7272
o
C = 4,220945 (kJ/kg.K)
Tra bảng 1.154, trang 172, [5]
Nhiệt dung riêng của axit axetic ở 100,009
o
C = 2,430047 (kJ/kg.K)
Nhiệt dung riêng của axit axetic ở 100,1524
o
C = 2,4308 (kJ/kg.K)
Nhiệt dung riêng của axit axetic ở 100,7272
o
C = 2,433818 (kJ/kg.K)
1.2.
Enthalpy:
 h
FS
= ( 0,92 . 4,220198 + 0,08 . 2,4308 ) . 100,1524 = 408,326 (kJ/kg)
 h
WS
= ( 0,70. 4,220945 + 0,30 . 2,433818 ) . 100,7272 = 371,161 (kJ/kg)
 h
DS
= ( 0,995 . 4,220012 + 0,005 . 2,430047 ) . 100,009 = 421,144 (kJ/kg)
1.3.
Nhiệt hóa hơi:
Tra bảng 1.250, trang 312, [5]
Nhiệt hóa hơi của nước ở 100,009
o

C = r
N
= 2259,978 (kJ/kg)
Dùng tốn đồ 1.65, trang 255, [5]
Nhiệt hóa hơi của axit axetic ở 100,009
o
C = r
A
= 100 (Kcal/kg) = 418,6 (kJ/kg)
Tra bảng 1.251, trang 314, [5]
Nhiệt hóa hơi của nước ở 2,5 at =
OH
2
r
= 2189,5 (kJ/kg)
Nên: r
D
= 0,995 . 2259,978 + 0,005 . 418,6 = 2250,771 (kJ/kg)
Nhiệt lượng cần cung cấp:
Q
đ
=
95,0
)hh(G)hh(GrG)1R(
FSWSWFSDSDDD

= 3760153,109 (kJ/h)
Nếu dùng hơi nước bão hòa (không chứa ẩm) để cấp nhiệt thì: Q
đ
=

OH
2
G .
OH
2
r
Vậy lượng hơi nước cần dùng là :
OH
ñ
OH
2
2
r
Q
G 
= 1717,357(kg/h)
II. THIẾT BỊ LÀM NGUỘI SẢN PHẨM ĐÁY

Chọn: Nước làm lạnh đi trong ống với nhiệt độ vào t
V
= 27
o
C và nhiệt độ ra t
R
= 35
o
C.
 Sản phẩm đáy đi ngồi ống với nhiệt độ vào t
WS
= 100,7272

o
C,
nhiệt độ ra t
WR
= 40
o
C.
Cân bằng nhiệt: Q = G
W
(h
WS
– h
WR
) = G
n
(h
R
– h
V
)
Nhiệt dung riêng của nước ở 40
o
C = 4,178 (kJ/kg.K)
Nhiệt dung riêng của axit ở 40
o
C = 2,1(kJ/kg.K)
Nên: h
WR
= (0,70. 4,178 + 0,30. 2,1). 40 = 142,184 (kJ/kg)
Tra bảng 1.250, p312, ST I  Enthalpy của nước ở 27

o
C : h
V
= 113,13 (kJ/kg)
 Enthalpy của nước ở 35
o
C : h
R
= 146,65 (kJ/kg)
Lượng nhiệt trao đổi: Q = G
W
(h
WS
– h
WR
) = 29107,556 (kJ/h)
Suất lượng nước lạnh cần dùng:
VR
n
hh
Q
G


= 868,364 (kg/h)
III. THIẾT BỊ NGƯNG TỤ SẢN PHẨM ĐỈNH
Chọn:
 Nước làm lạnh đi trong ống với nhiệt độ vào t
V
= 27

o
C và nhiệt độ ra t
R
= 60 ÷ 70
o
C.
 Dòng hơi tại đỉnh đi ngồi ống với nhiệt độ ngưng tụ t
ngưng
= 100,009 (
o
C)
Cân bằng nhiệt: Q
nt
= (R + 1)G
D
r
D
= G
n
(h
R
– h
V
)
Nên: Q
nt
= (R + 1)Dr
D
= 3572090,293 (kJ/h)
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam

Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ



16


Tra bảng 1.250, p312, ST I  Enthalpy của nước ở 27
o
C : h
V
= 113,13 (kJ/kg)
 Enthalpy của nước ở 60
o
C : h
R
= 251,40 (kJ/kg)
Lượng nước cần dùng:
VR
nt
n
hh
Q
G

 = 25834 (kg/h)
IV. THIẾT BỊ ĐUN SÔI DÒNG NHẬP LIỆU

Chọn: Dòng nhập liệu đi trong ống trong với nhiệt độ vào t
V

= t
FV
= 27
o
C và nhiệt độ ra
t
R
= t
FS
= 100,1524
o
C.
 Hơi ngưng tụ đi trong ống ngồi có áp suất 2,5at:
9 Nhiệt hóa hơi:
OH
2
r = r
n
= 2189500 (J/kg)
9 Nhiệt độ sôi:
OH
2
t = t
n
= 126,25 (
o
C)
Tra bảng 1.249, trang 310, [5]
 Nhiệt dung riêng của nước ở 27
o

C = 4,178(kJ/kg.K)
Tra bảng 1.154, trang 172, [5]
 Nhiệt dung riêng của axit axetic ở 27
o
C = 2,0311 (kJ/kg.K)
 h
FV
= c
F
.t
FV
= [
AFNF
c)x1(cx  ]t
FV
= (0,92. 4,178 + 0,08. 2,0311). 27 = 108,17 (kJ/kg)
Cân bằng nhiệt: Q = G
F
(h
FS
– h
FV
) = G
n
r
n

Nên: Q = G
F
(h

FS
– h
FV
) = 500.(408,326 – 108,17) = 150078 (kJ/h)
Lượng hơi đốt cần dùng:
n
n
r
Q
G
 = 68,544(kg/h)
Chương 5 : TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH
(Tháp chóp)

PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC :
Phần cất :
12562,3
9985,0
12562,3
2562,3
11 






 x
R
x

x
R
R
y
D

= 0,765x + 0,2346
Phần chưng:
8861,0
12562,3
27,11
12562,3
27,12562,3
1
1
1












 xx
R

f
x
R
fR
y
W

= 1.0634x – 0.05621

I. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP:
tbyy
tb
g
)ω.(
0188,0
ω.3600.π
4V
D
tb
tb
t

 (m) (t2 tr181)
V
tb
:lượng hơi trung bình đi trong tháp (m
3
/h).

tb

:tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (m/s).
g
tb
: lượng hơi trung bình đi trong tháp (Kg/h).
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng và đoạn cất khác nhau.Do đó, đường kính đoạn
chưng và đoạn cất cũng khác nhau .
1. ĐƯỜNG KÍNH ĐOẠN LUYỆN:
a . Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện :

2
1
gg
g
d
tb


(Kg/h)
g
d
: lượng hơi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (Kg/h).
g
1
: lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn cất (Kg/h).
 Xác định g
d
: g
d
= D.(R+1) =20,64.(3,2562+1) =87,85 (Kmol/h)
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam

Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ



17


= 1587,05(Kg/h)
Vì M
thD
= 18,063 (Kg/Kmol).
 Xác định g
1
: Từ hệ phương trình :









dd
D
rgrg
xDxGyg
DGg

11
1111
11
(III.1)
Với : G
1
: lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn cất .
r
1
: ẩn nhiệt hố hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn cất
r
d
: ẩn nhiệt hố hơi của hỗn hợp hơi đi ra ở đỉnh tháp .
* Tính r
1
: t
1
= t
F
= 100,1524
o
C , Tra bảng 1.251, trang 314 và 256,[5] ta có:
Aån nhiệt hố hơi của nước : r
N1
= 40696,27 (KJ/kg) .
Aån nhiệt hố hơi của axit : r
a1
= 23384,14(KJ/kmol)
Suy ra : r
1

= r
n1
.y
1
+ (1-y
1
).r
a1
= 23384,14 + 17312,13y
1
(KJ/kmol)
* Tính r
d
: t
D
= 100.009
o
C , Tra bảng 1.251, trang 314 và 256,[5] ta có:
Aån nhiệt hố hơi của nước : r
Nd
= 40703,94(KJ/kmol) .
Aån nhiệt hố hơi của axit : r
ad
=23383,06(KJ/kmol) .
Suy ra : r
d
= r
nd
.y
D

+ (1-y
D
).r
ad
=40703,94.0,999+ (1- 0,999).23383,06 =
40686,62(KJ/kmol)
* x
1
= x
F
= 0,9746
Giải hệ (III.1) , ta được : G
1
= 67,934(Kmol/h)
y
1
= 0,9801 (phân mol) M1=21,0643(kg/kmol)
g
1
= 88,576(Kmol/h) =1865,792(Kg/h)
Vậy : g
tb
=
421,1726
2
792,186505,1587


(Kg/h)
b . Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :

Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp với mâm chóp có ống chảy chuyền :

Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong phần luyện
:
Nồng độ phần mol trung bình của pha lỏng trong phần luyện:
2
9746,09985,0
2




FD
L
xx
x
= 0,9865 (mol nước/ mol hỗn hợp)
Dựa vào hình 2
 Nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần luyện: T
LL
= 100,08 (
o
C)
Nồng độ phần khối lượng trung bình của pha lỏng trong luyện:

L
x
0,9575 (kg nước/ kg hỗn hợp)
Tra bảng 1.249, trang 310, [5]
 Khối lượng riêng của nước ở 100,08

o
C: 
NL
= 958,341 (kg/m
3
)
Tra bảng 1.2, trang 9, [5]
 Khối lượng riêng của axit axetic ở 100,08
o
C: 
AL
= 957,856 (kg/m
3
)
Áp dụng trong công thức (1.2), trang 5, [5]:

HL
LL
gh



.032.0
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ



18

856,957
9575,01
341,958
9575,0
1
1 



AL
L
NL
L
LL
xx

 
LL
= 958,32 (kg/m
3
)
1.1.
Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần luyện:
Nồng độ trung bình của pha hơi trong phần luyện:
y
L
= 0,765x
L
+ 0,2346 = 0,765 . 0,9865 + 0,2346 = 0,98927

Dựa vào hình 2
 Nhiệt độ trung bình của pha hơi trong phần luyện: T
HL
= 100,092 (
o
C)
Khối lượng mol trung bình của pha hơi trong phần luyện :
M
HL
= y
L
. M
N
+ (1 – y
L
). M
A

= 0,98927.18 + (1 – 0,98927). 60 = 18,45 (kg/kmol)
Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần luyện:
)273092,100(
273
4,22
45,181



HL
HL
HL

RT
PM

= 0,6027 (kg/m
3
)
Suy ra :
6027.0
32,958
.05,0
gh

=1.994(m/s)
Để tránh tạo bọt ta chọn tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :
994,1.8,0.8,0


ghy


= 1,595(m/s)
Vậy
:đường kính đoạn cất :
D
cất
=
595,1.6027.0
421,1726
.0188,0
= 0,8 (m).

2. ĐƯỜNG KÍNH ĐOẠN CHƯNG :
a . Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng :

2
1
,,
,
gg
g
n
tb


(Kg/h)
g’
n
: lượng hơi ra khỏi đoạn chưng (Kg/h).
g’
1
: lượng hơi đi vào đoạn chưng (Kg/h).
 Xác định g’
n
: g’
n
= g
1
= 1865,792 (kg/h)
 Xác định g’
1
: Từ hệ phương trình :









1111
1
'
1
1
'
1
'
1
'
.'.''.'
'.
rgrgrg
xWygxG
WgG
nn
WW
(III.2)
Với : G
’
1
: lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn chưng .

r’
1
: ẩn nhiệt hố hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng.
* Tính r’
1
: x
W
=0,8861 tra đồ thị cân bằng của hệ ta có : y
W
=0,922
Suy ra :M
tbg’
=18.y
W
+(1-y
W
).60= 21,276(Kg/kmol)
t’
1
= t
W
= 100,7272
o
C Tra bảng 1.251, trang 314 và 256, [5]
Aån nhiệt hố hơi của nước : r’
N1
= 40576,26(KJ/kmol) .
Aån nhiệt hố hơi của axit : r’
a1
= 23388,47(KJ/kmol) .

* Suy ra : r’
1
= r’
n1
.y
W
+ (1-y
W
).r’
a1
= 39235,61 (KJ/kmol)
* Tính r
1
: r
1
= 23384,14 + 17312,13y
1
= 40351,76 (KJ/kmol)
* W = 5,58 (Kmol/h)
Giải hệ (III.2) , ta được : x’
1
=0,9199(phân mol ) _ M
tbG’
=21,363(kg/kmol)
G
’
1
= 96,676(Kmol/h)

Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam

Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ



19


g’
1
= 91,096(Kmol/h) = 1946,086 (Kg/h)
Vậy : g’
tb
=
939,1905
2
086,1946792,1865


(Kg/h)
b . Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :
Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp với mâm chóp có ống chảy chuyền :
ytb
xtb
gh
'
'
.032,0'






Tính tốn tương tự như phần luyện ta có:

LC
=957,96(kg/m
3
)

HC
= 0,67906 (kg/m
3
)
Suy ra :
67906,0
96,957
.05,0' 
gh

=1,878 (m/s)
Để tránh tạo bọt ta chọn tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :
878,1.8,0'.8,0'


ghy


= 1,5024(m/s)
Vậy
:đường kính đoạn chưng :

D
chưng
=
67906,0.5024,1
939,1905
.0188,0
= 0,81(m)
Kết luận :đường kính của tồn tháp  = 0,8 (m)
Khi đó tốc độ làm việc thực ở :
+ Phần cất : 
lv
=
582.1
6027.0.8,0
241,1726.0188,0
.
.0188,0
2
2
2
2

HLt
tb
D
g

(m/s).
+ Phần chưng :’
lv

=
55,1
67906,0.8,0
939,1905.0188,0
'.
'.0188,0
2
2
2
2

HCt
tb
D
g

(m/s).

II. TÍNH TỐN CHIỀU CAO THIẾT BỊ
1. XÁC ĐỊNH SỐ MÂM LÝ THUYẾT:

Vẽ đồ thị xác định số mâm lý thuyết(gồm đường cân bằng và đường làm việc đoạn luyện
đoạn chưng)
Từ đồ thị :
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ



20

Phần chưng
Số mâm lý thuyết : 7
đường chưng
y = 1,0643x – 0,05621
Phần luyện
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ



21




* Tổng số mâm lý thuyết là N
lt
= 26 (mâm) 19 mâm luyện

7 mâm chưng
2. XÁC ĐỊNH SỐ MÂM THỰC TẾ:
Số mâm thực tế tính theo hiệu suất trung bình :
tb
lt
tt
η
N
N  (st2/170)

trong đó: 
tb
: hiệu suất trung bình của đĩa, là một hàm số của độ bay hơi tương đối và độ
nhớt của hỗn hợp lỏng :  = f(,).
N
tt
: số mâm thực tế.
N
lt
: số mâm lý thuyết.

Xác định hiệu suất trung bình của tháp 
tb
:
+ Độ bay tương đối của cấu tử dễ bay hơi :
x
x1
y1
y
*
*


α

Với : x :phân mol của nước trong pha lỏng .
y
*
: phân mol của nước trong pha hơi cân bằng với pha lỏng.
lg

hh
= x
1
lg
1
+ x
2
lg
2
(công thức (I.12), trang 84, [5])
* Tại vị trí nhập liệu
:
x
F
= 0,9746 ta tra đồ thị cân bằng của hệ : y
*
F
= 0,9819
t
F
= 100,1524
o
C

Phần luyện (phóng to)
Số mâm lý thuyết :19
đường luyện
y = 0,765x + 0,2346
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ

22


+ 1438.1
9746.0
9746.01
.
9819.01
9819.0
x
x1
y1
y
α
F
F
*
*
F







F

F

+ t
F
= 100,1524
o
C ,
NL
= 0,283584(cP)

AL
= 0,45 (cP)
Suy ra : 
F
= 0,28693 (cP)

F
.
F
= 1,1438.0,28693 = 0,32819
Tra hình 6.4, trang 257, [4] : 
F
= 0,63
* Tại vị trí mâm đáy
:
x
W
= 0.8861tra đồ thị cân bằng của hệ : y
*
W

= 0.922
t
W
= 100,7272
o
C
+
5194,1
8861.0
8861.01
.
922.01
922.0
x
x1
y1
y
α
W
W
*
*
W








W
W

+ và t
W
=100,7272
o
C, 
NL
= 0,282576 (cP)

AL
= 0,44(cP)

W
=0,3263(cP)
Suy ra : 
W.

W
= 1,5194. 0,3263 = 0,496
Tra hình 6.4, trang 257, [4] : 
W
= 0.59
*Tại vị trí mâm đỉnh
:
x
D
= 0.9985 ta tra đồ thị cân bằng của hệ : y
*

D
= 0.999
t
D
= 100.009
o
C
+
5008,1
9985.0
9985.01
.
999.01
999.0
x
x1
y1
y
α
D
D
*
*
D








D
D

+ t
D
= 100.009 , 
NL
= 0,283746(cP)

AL
= 0,44(cP)
Suy ra : 
D.

D
= 1.5008. 0,44 = 0,66
Tra hình 6.4, trang 257, [4] : 
D
= 0,55
Suy ra: hiệu suất trung bình của tháp :

tb
= 59.0
3
55.059.063.0
3





DWF





Số mâm thực tế của tháp N
tt
:
44
59.0
26

tt
N (mâm) với 32 mâm luyện

12 mâm chưng

3. CHIỀU CAO THÁP :

H = N
tt
* ( H
đ
+  ) + ( 0.8  1.0 ) ( m )
Với N
tt
: số đĩa thực tế = 44
 : chiều dày của mâm, chọn  = 4 ( mm ) = 0.004 ( m )

H
đ
: khoảng cách giữa các mâm ( m )
chọn theo bảng IX.4a- Sổ tay tập hai, H
đ
= 0.3 ( m )
( 0.8  1.0 ) : khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy tháp
 H = 44.( 0,3 + 0,004 ) + ( 0,8  1,0 ) = 14,2 ( m )
¾ Kiểm tra khoảng cách mâm tối thiểu :

Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ



23


h
min
= 23300*
2
,
*
*
**
yy
xcht
F
nd









y
, 
x
: khối lượng riêng trung bình của pha hơi, pha lỏng

y
= (
'
y
+ 
"
y
)/2 = 0,64088 ( Kg/m
3
)

x
= ('
x
+ 
"
x

)/2 = 958,14 (Kg/m
3
)

y
: vận tốc hơi trung bình đi trong tháp

y
=

'
'"
**
2
yy yy
tb tb
yy
 










= 1,557 (m/s)
h

min
= 0.16 (m) < 0.3 (m)
Vậy khoảng cách giữa hai mâm là 0.3 m là hợp lý.

III. TÍNH TỐN CHÓP – ỐNG CHẢY CHUYỀN
1.Tính tốn chóp
 Chọn đường kính ống hơi d
h
= 50( mm ) = 0.05 ( m )
 Số chóp phân bố trên đĩa :
n = 0.1 *
2
2
h
d
D
= 0.1 *
2
2
05.0
8.0
= 26 ( chóp )
Chọn số chóp phân bố trên đĩa : n = 29 chóp
( D : đường kính trong của tháp )
 Chiều cao chóp phía trên ống dẫn hơi :
h
2
= 0.25 * d
h
= 0,0125 ( m )

 Đường kính chóp:
d
ch
=
22
)*2(
chhh
dd




ch
: chiều dày chóp, chọn bằng 2 ( mm )
 d
ch
=

22
)2*250(50 
= 73,59 ( mm )
Chọn d
ch
= 74 (mm)
 Khoảng cách từ mặt đĩa đến chân chóp :
S = 0 25 ( mm ), chọn S = 12,5 ( mm )
 Lưu lượng hơi trung bình đi trong tháp :
Q
H
= V

y
=( g
tb
+ g’
tb
)/( 
HC
+ 
HL
)
= (1726,421 + 1905,939)/(0,6027 + 0,67906) = 2833,88 (m
3
/h)
 Chiều cao khe chóp :
b = (.
2
y
.
y
)/ (g.
x
)
 : hệ số trở lực của đĩa chóp  = 1.5 2 , chọn  = 2

y
= ( 4V
y
)/ ( 3600 d
2
h

.n ) = (4.2833,88)/(3600.0,05
2
.29) = 13,82 (m/s)
 b = ( 2.13,82ok
2
.0,64088 ) / ( 9,81.958,14 )
= 0,02 ( m )
 Số lượng khe hở của mỗi chóp :
i = /c.( d
ch
–
b
d
h
4
2
)
c = 3  4 mm ( khoảng cách giữa các khe ) , chọn c = 3 ( mm )
 i = 3.1416/3.( 74 -
20.4
50
2
) = 44.8 ( khe )
Chọn i = 45 ( khe )
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ



24

 Chiều rộng khe chóp được xác định từ liên hệ :
i(c+a) = d
ch
a =
i
d
ch
.

- c =
8,44
59,73.

- 3 = 2 (mm)
 Độ mở lỗ chóp h
s
:
h
s
= 7.55*
1/3
2/3
2/3
**
y
G
s
xy s

V
H
S











H
s
= h
so
= b = 20 (mm)
V
y
= 2833,88/3600 = 0,7872 (m
3
/s)
S
s
= n * S
khe
= 29*0.0018 = 0.0522 (m
2

)
Vậy h
s
= 29 (mm)

29
1, 45
20
s
so
h
h
 :khá hợp lý
 Chiều cao mực chất lỏng trên khe chóp :
h
1
= 15 40 ( mm ), chọn h
1
= 30 ( mm )
 Chiều cao ống dẫn hơi :
Chọn h
ong hơi
= 70(mm)
 Chiều cao chóp :
h
ch
= h
ong hơi
+ h
2

= 70 + 12,5 = 82,5 (mm)
 Bước tối thiểu của chóp trên mâm :
t
min
= d
ch
+ 2
ch
+ l
2

l
2
: khỏang cách nhỏ nhất giữa các chóp
l
2
= 12,5 + 0,25d
ch
= 12,5 + 0,25.74 = 31 (mm)
chọn l
2
= 35 (mm)
 t
min
=74 + 2.2 + 35 = 113 (mm)
2. Tính cho ống chảy chuyền

Lượng lỏng trung bình đi trong tháp :
G
L

= (G
’
1
.M
tbG’
+ G
1
.M
tbG
)/2 = ( 96,676.21,363 + 67,934.21,0643)/2 = 1748,13 (kg/h)
 Khối lượng riêng trung bình của lỏng đi trong tháp :

Ltb
=(

ll
+

LC
)/2 = (958,32 + 957,96)/2 = 958,14 (kg/m
3
)
z : số ống chảy chuyền , chọn z = 1

c
: tốc độ chất lỏng trong ống chảy chuyền , 
c
= 0.1  0.2 ( m/s )
chọn 
c

= 0,15( m/s )
 Đường kính ống chảy chuyền :
d
c
=
c
L
ω 3600.z.π
4G
L

=
4.1748,13
π.3600.1.958,14.0,15
= 0,066 (m)
Chọn d
c
= 70 (mm)
 Khoảng cách từ mâm đến ống chảy chuyền :
S
1
= 0,25d
c
= 0,25.0,07 = 0,0175(m)
 Bề dày của ống chảy chuyền :
c
= 0,002 m)
 Khoảng cách từ tâm ống chảy chuyền đến tâm chóp gần nhất :
t
1

= d
c
/2 + 
c
+ d
ch
+
ch
+ l
1
l
1
: khoảng cách nhỏ nhất giữa chóp và ống chảy chuyền

Chọn l
1
= 75 ( mm )


c
: bề dày ống chảy chuyền, chọn 
c
= 2 ( mm )
t
1
= 0,071/2 + 0,002 + 0,074 + 0,002 + 0,075
= 0,1885(m)
 Lưu lượng thể tích trung bình đi trong tháp:
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ

25


Q
L
= V
x
= G
x
/

Ltb
= 1748,13/958,14 = 1,8245 (m
3
/h)
 Chiều cao mực chất lỏng bên trên gờ chảy tràn :

h =
2
3
c
)
d.85,13600.π.
(
Vx
=
2

3
1,8245
( ) 0,0116( )
π.3600.1,85.0,07
m
 Chiều cao lớp chất lỏng trên mâm :
h
m
= h
1
+ ( S + h
sr
+ b )
= 30 + 12.5 + 5 + 20
= 67.5 (mm)
h
sr
: khoảng cách từ mép dưới của chóp đến mép dưới của khe chóp
chọn h
sr
= 5 mm
 Tiết diện ống hơi :
S
rj
= S
1
= *
2
,ht
d /4 = 3.1416*0.05

2

/4 = 0.001963 (m
2
)
 Tiết diện hình vành khăn :
S
aj
= S
2
= *( d
2
ch,t
- d
2
h,n
)/4 = 3.1416*(0.074
2

- 0.054
2
)/4
= 0.001963 (m
2
)
 Tổng diện tích các khe chóp :
S
3
= i.a.b = 45*0.002*0.02 =0.0018 m
2

 Tiết diện lỗ mở trên ống hơi :
S
4
=  .d
hơi
.h
2
= 3.1416 * 0,05*0,0125
= 0.001963 m
2

 Lỗ tháo lỏng :
Tiết diện cắt ngang của tháp F = 0.5026 m
2

Cứ 1 m
2
chọn 4 cm
2
lỗ tháo lỏng . Do đó tổng diện tích lỗ tháo lỏng trên một mâm là:
0.5026 *4 /1 = 2.0104 cm
2

Chọn đường kính lỗ tháo lỏng là 5mm = 0.5cm
Nên số lỗ tháo lỏng cần thiết trên một mâm là :
2
2.0104
*
4

d


8 lỗ

IV. TÍNH TỔNG TỔN THẤT QUA TỒN THÁP
1. Gradient chiều cao mực chất lỏng trên mâm
 :
 = C
g
* 
'
*n
h


Diện tích của ống chảy chuyền S
d
= 10%.F =0,1. 0,5026 = 0,05(m
2
)

Khoảng cách giữa hai gờ chảy tràn L = 560 (mm)