Acit acetic, hay axit ethanoic là một chất lỏng không màu và là axit hợp chất hữu cơ với công thức hóa học CH3COOH

TỔNG QUAN
Giới thiệu về nguyên liệu
Axit axetic
Acit acetic, hay axit ethanoic là một chất lỏng không màu và là axit hợp chất hữu
cơ với cơng thức hóa học CH3COOH (cũng viết là CH3CO2H, C2H4O2, hoặc
HC2H3O2). Đây là một chất lỏng khơng màu, có vị chua và tan hồn tồn trong nước,
rượu, ete theo bất cứ tỉ lệ nào. Axit axetic là chất lỏng dễ bay hơi, dễ cháy, độc hại khi
tiếp xúc với da và mắt.
Axit acetic được sử dụng làm dung môi trong các ngành công nghiệp như: dệt
nhuộm, cao su, hóa chất xi mạ, cơng nghệ thực phẩm,.. Ngồi ra axit acetit cịn được
sử dụng trong phịng thí nghiệm nhằm định tính các chất có tính kiềm yếu, làm chất
tẩy cặn vơi từ vịi nước và ấm đun nước. Axit axetic còn chủ yếu được sử dụng trong
sản xuất của cellulose acetate chủ yếu cho phim ảnh và polyvinyl acetate gỗ keo.
Các phương pháp sản xuất axit axetic chủ yếu bao gồm: phương pháp cacbonyl
hóa metanol, oxy hóa axetaldehyt, phương pháp lên men trong điều kiện hiếu khí.
Trong công nghiệp, người ta thường đi từ metanol để điều chế axit axetic. Đây là
phương pháp hiện đại để sản xuất axit axetic.
Thị trường axit axetic tại Châu Á-Thái Bình Dương đạt giá trị 3,73 tỉ USD vào
năm 2020. Trung Quốc là quốc gia sản xuất axit axetic hàng đầu thế giới. Nhu cầu axit
axetic tại Trung Quốc đạt trung bình 400.000 tấn/năm.
Ứng dụng của axit axetit
-Trong lĩnh vực thực phẩm: được sử dụng để làm nguyên liệu chế biến các món
ăn như gỏi gà, salad trộn, bị nhúng dấm,.. Axit acetic được lên men từ trái cây, hoa
quả được đóng chai thành phẩm bán trong các cửa hàng, siêu thị lớn nhỏ.
- Trong ngành sản xuất hóa chất: sử dụng để sản xuất monome vinyl axetat,

nguyên liệu sản xuất polyvinyl axetat và các loại polyme khác dùng trong ngành sản
xuất sơn và polyme. Ứng dụng này chiếm tỉ trọng lớn nhất, từ 40 – 45% tổng lượng
axit axetic được tiêu thụ toàn cầu. 3 loại ete axetat quan trọng nhất là EEA, EBA và
PMA chiếm đến 15-20% lượng axit axetic được sử dụng trên toàn thế giới. Tuy nhiên
các ete axetat này được xem là hóa chất độc hại đối với con người, ảnh hưởng đến khả

năng sinh sản.
-Trong ngành hóa mỹ phẩm: Axit axetic được ứng dụng để làm dung mơi hữu cơ
trong q trình sản xuất long não. Axit axetic còn được sản xuất để phục vụ cho nhu
cầu tạo ra các loại este axetat (như linalyl axetat, geranyl axetat, …) dùng để làm
hương liệu cho nước hoa.
1


- Ứng dụng trong các lĩnh vực khác : Axit axetic còn được dùng để sản xuất

aspirin (một loại dược phẩm), heroin dùng trong y tế. Nó cịn được dùng để sản xuất
cellulose axetat sử dụng để tạo ra các cuộn phim chụp ảnh.
Tính chất vật lý của axit axetic:
Axit axetic có cơng thức hóa học là CH3CO2H, cơng thức phân tử là CH3COOH .
Khối lượng phân tử 60 đvC. Axit acetic là chất lỏng khơng màu, có vị chua và tan
hồn tồn trong nước. Sơi ở nhiệt độ 118,1oC ( ở 760mmHg) và rất dễ cháy.
Tính chất hóa học của axit acetit
Axit axetic tác dụng với bazo, cacbonat và bicacbonat để tạo ra axetat kim loại
tương ứng, nước và cacbonic (phổ biến nhất là natri bicacbonat với giấm ăn):
NaHCO3 + CH3COOH → CH3COONa + CO2+ H2O
Trừ crom (II) axetat, tất cả các axetat khác đều tan được trong nước.
Tác dụng với kiềm tạo ra nước và ethanoat kim loại:
NaOH + CH3COOH → CH3COONa + H2O
Axit axetic phân hủy ở nhiệt độ lớn hơn 440oC tạo thành cacbonic, metan hoặc
ethenon và nước.
Tác dụng với rượu tạo thành este:
ROH + CH3COOH → CH3COOR + H2O
Axit axetic làm ăn mòn các kim loại và tạo ra khí hydro và các muối axetat:
Mg + 2CH3COOH → (CH3COO)2Mg + H2
Nhôm thụ động với axit axetic do khi phản ứng, nó tạo ra lớp màng mỏng nhơm

oxit trên bề mặt, ngăn chặn sự ăn mịn. Vì vậy, các nhà sản xuất vẫn thường dùng bình
chứa bằng nhôm để đựng dung dịch này.
Phản ứng thế halogen vào gốc hydrocacbon ( 90 - 100oC):
Cl2 + CH3COOH → ClCH2COOH + HCl
Tác dụng với axetylen (xúc tác thủy ngân, nhiệt độ 70 - 80oC) thành etyl
diaxetat:
C2H2 + 2CH3COOH → CH3CH(OCOCH3)2
Tác dụng với amoniac tạo thành amid:
NH3 + CH3COOH → NH3CH3COOHNH4
Phản ứng decacboxyl hóa thành axeton (Xúc tác mangan oxit, nhiệt độ):
2


C2H2+ CH3COOH → CH2CHOCOCH3
Nước
Nước là hợp chất chiếm phần lớn trên bề mặt trái đất (3/4 diện tích bề mặt trái
đất là nước), nước rất cần thiết cho sự sống. Trong điều kiện bình thường nước là một
chất khơng màu, khơng mùi, khơng vị.
Các tính chất vật lý của nước
Khối lượng phân tử: 18 g/mol.
Nhiệt độ nóng chảy: 0 ℃ (ở 760 mmHg).
Nhiệt độ sôi: 100 ℃ (ở 760 mmHg).
Nước là dung mơi phân cực mạnh, có khả năng hịa tan nhiều chất và là dung
môi quan trọng trong kỹ thuật hóa học.
Hỗn hợp nước- axit acetic
Dựa vào tính chất vật lý của axit acetic như tan hoàn toàn trong nước, nhiệt độ
sôi của axit acetic (118,1℃ ở 760 mmHg) > nước (100 ℃ ở 760 mmHg), hệ này
khơng có điểm đẳng phí, nên trong các phương pháp tách hỗn hợp chất thì
phương pháp phù hợp nhất với hệ axit acetic – nước đó là phương pháp chưng
cất.

3


4


Bảng : Số liệu cân bằng lỏng hơi của hệ axit acetic- nước ở 760mmHg

Đồ thị đường cân bằng axit acetic- nước ở 760mmHg
5


Lý thuyết về chưng cất
Khái niệm về chưng cất
Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của một hỗn hợp lỏng cũng như
hỗn hợp lỏng – khí 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 hịa của các
cấu tử khác nhau). Thay vì đưa vào hỗn hợp một pha mới để tạo nên sự tiếp xúc giữa
hai pha như trong quá trình hấp thu hoặc nhả khí, trong q trình chưng cất, pha mới
được tạo nên từ sự bốc hơi hoặc ngưng tụ.
Trong quá trình chưng cất, dung mơi và chất tan đều bay hơi, nghĩa là các cấu tử
đều hiện diện trong cả hai pha nhưng với tỷ lệ khác nhau. Trong trường hợp chưng cất
đơn giản hệ hai cấu tử, sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn hơn và
một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi bé. Sản phẩm đáy gồm cấu tử có độ bay hơi bé và
một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi lớn. Đối với hệ axit acetic – nước, sản phẩm đỉnh
chủ yếu gồm nước và rất ít axit acetic, sản phẩm đáy chủ yếu là axit acetic và rất ít
nước.
Các phương pháp chưng cất thường được phân loại dựa vào áp suất làm việc (áp
suất thường, áp suất thấp, áp suất cao), nguyên lý làm việc (chưng cất đơn giản, chưng

bằng hơi nước trực tiếp, chưng cất), dựa vào phương pháp cấp nhiệt (gián tiếp hay trực
tiếp). Việc lựa chọn các phương pháp chưng cất tùy thuộc vào tính chất lý hóa của hệ
ngun liệu.
Đối với hệ axit acetic – nước ta chọn phương pháp chưng cất liên tục, cấp nhiệt
gián tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường.
Tháp chưng cất
Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để thực hiện quá trình
chưng cất, Tuy nhiên, yêu cầu cơ bản chung cho các thiết bị vẫn giống nhau, nghĩa là
diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, phụ thuộc vào mức độ phân tán của lưu chất
này trong lưu chất kia. Nếu pha khí phân tán vào lỏng ta có các loại tháp mâm, nếu
pha lỏng phân tán vào pha khí ta có tháp chêm, tháp phun… Hai loại tháp thường dùng
hiện nay là tháp mâm và tháp chêm, kích thước của tháp, đường kính tháp, chiều cao
tháp tùy thuộc vào suất lượng pha lỏng, pha khí và độ tinh khiết của sản phẩm.
Tháp chêm: hình trụ gồm nhiều bậc nối với nhau bằng mặt bích hay hàn. Vật
chêm được đổ đầy trong tháp theo một trong hai phương pháp là xếp ngẫu nhiên hay
xếp thứ tự. Vật chêm sử dụng gồm có nhiều loại khác nhau, phổ biến nhất là một số
loại vật chêm như: vòng Raschig, vật chêm vòng xoắn, vật chêm hình yên ngựa,

6


Tháp mâm: thân tháp hình trụ thẳng đứng, bên trong có gắn các mâm có cấu tạo khác
nhau trên đó pha hơi và pha lỏng tiếp xúc với nhau.

Hình dạng tháp mâm
Tùy theo cấu tạo của mâm ta có:
Tháp mâm chóp: trên mâm có gắn chóp và ống chảy chuyền, ống chảy chuyền có
thể có tiết diện hình trịn, viên phân, một ống hay nhiều ống tùy suất lượng pha lỏng,
Chóp có thể hình trịn hay một dạng khác,
Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh, đường kính lỗ từ 3 ÷12 mm,

tổng tiết diện các lỗ trên mâm chiếm từ 8 ÷ 15% tiết diện tháp, Trong tháp mâm xuyên
lỗ pha khí đi từ dưới lên qua các lỗ trên mâm và phân tán vào lớp chất lỏng chuyển
động từ trên xuống theo các ống chảy chuyền, ống chảy chuyền được bố trí như ở tháp
mâm chóp.

7


Hình dạng cơ bản của mâm chóp ( a) mâm xuyên lỗ ( b).

Ưu điểm

Nhược điểm

Ưu và nhược điểm của 2 loại mâm trong tháp
Đối với việc chưng cất hệ axit acetic – nước ta nên chọn tháp mâm xuyên lỗ, vì
hệ này có độ chênh lệch nhiệt độ sơi khá lớn và hệ này khơng có điểm đẳng phí, việc
phân riêng hệ này khá dễ nên không nhất thiết yêu cầu tháp mâm chóp có hiệu suất
lớn, Cấu tạo của tháp mâm xuyên lỗ không quá phức tạp và có thể làm việc được với
chất lỏng bẩn.
8


CHƯƠNG 1:

QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ

9

CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG VẬT CHẤT 2.1.
Quy ước các ký hiệu và thông số
F, D, W: Lần lượt là hỗn hợp đầu vào, đỉnh và đáy, (Kmol/h).
GF: Lưu lượng hỗn hợp đầu vào, (Kg/m3).
GD: lưu lượng sản phẩm đỉnh, (L/h), GW: lưu lượng sản phẩm đáy, (L/h), GR:
lượng chất lỏng hồn lưu, (L/h).
MF: khối lượng phân tử trung bình hỗn hợp đầu vào, Kg/Kmol.
MD: khối lượng phân tử trung bình sản phẩm đỉnh, Kg/Kmol.
MW: khối lượng phân tử trung bình sản phẩm đáy, Kg/Kmol.
xF: nồng độ phần mol hỗn hợp đầu vào theo nước, Kg/Kmol.
xD: nồng độ phần mol hỗn hợp đỉnh theo nước, Kg/Kmol.
xW: nồng độ phần mol hỗn hợp đáy theo nước , Kg/Kmol.
xx̅F: nồng độ phần khối lượng hỗn hợp đầu vào theo nước, Kg/Kg, xx̅D: nồng độ
phần khối lượng hỗn hợp đỉnh theo nước, Kg/Kg, xx̅W: nồng độ phần khối lượng hỗn
hợp đáy theo nước, Kg/Kg.
yi: nồng độ phần mol của pha hơi ứng với nồng độ phần mol xi của pha lỏng,
Kmol/Kmol.
yi*: nồng độ phần mol cân bằng của pha hơi ứng với nồng độ phần mol xi của
pha lỏng, Kmol/Kmol.
A, N: lần lượt là ký hiệu của axit acetic và nước.
MA, MN: lần lượt là khối lượng phân tử của axit acetic và nước, MA = 60; MN
= 18.
2.2. Các thông số ban đầu
Năng suất nhập liệu 2200 Kg/m3
Nồng độ nhập liệu: xx̅F = 75% khối lượng.
Nồng độ sản phẩm đỉnh: xx̅D = 95% khối lượng.
Nồng độ sản phẩm đáy: xx̅W = 10% khối lượng.

10

2.3. Cân bằng vật chất
2.3.1. Nồng độ phần mol của nước trong tháp

(

xF=

xF
MN

xD=

xD

(M N
xW=

xW

(

M
N

Do ta chọn trạng thái nhập liệu vào tháp chưng cất là trạng thái lỏng – sôi nên từ
bảng cân bằng lỏng – hơi của hệ axit acetic – nước tại xF = 0,909 ta nội suy nhiệt độ
nhập liệu vào tháp chưng cất là tF = 100,542oC.
Tra bảng I.249 [1] ta có khối lượng riêng của nước ρN= 958,021 Kg/m3
Tra bảng I.2 [1] ta có khối lượng riêng của axit acetic ρA= 964,472 Kg/m3

Khối lượng riêng của hỗn hợp nhập liệu vào tháp
1
ρF

=> ρF= 962,851 Kg/m3
Ta có GF=2200 Kg/h
Ta có M F =xF. M A+(1-xF).M N =0,909. 60 + (1-0,909). 18= 21,882
Kg/Kmol 2.4. Suất lượng các dịng
F=

GF

M

=
F

2200

= 100,816 Kmol/h
21,882

Phương trình cân bằng vật chất tồn tháp

{

F=D+W

F . xF=D . xD+W . xW

(1)

Thế các giá trị vào hệ phương trình (1) ta được

=


{

100,816=D+W

100,816.0,909=D .0,984 +W .0,27

=>

{W=10,59
D=90,226 Kmol/h
Kmol/h
11


M D= xD.M A +( 1-xD). M N =0,984.60+ (1-0,984).18= 59,328 Kg/Kmol
MW =xW. M A+(190,226-xW)..59,328=MN=0,27. 5352,92860+(1-0,27)Kg/h.18=
29,34 Kg/Kmol GD= D. MD=¿

GW = W . M W = 10,59 . 29,34 = 310,711

Kg/h 2.5. Các phương trình làm việc
Với xF= 0,909 từ đồ thị cân bằng ta được y*F = 0,948
2.5.1. Tỉ số hồn lưu tối thiểu

Động lực của q trình chưng cất được xác định thông qua hiệu số nồng độ giữa
đường cân bằng và đường làm việc theo pha hơi (∆ y = y*-y) hay pha lỏng (∆ x=¿¿ .
Ta có độ dốc của đường làm việc phần cất phụ thuộc vào tỉ số hoàn lưu R, đường
làm việc phần cất càng gần đường cân bằng thì chỉ số hồn lưu càng nhỏ. Chỉ số hoàn
lưu tối thiểu là chỉ số có giá trị sao cho đĩa dưới cùng của phần cất( hay còn được gọi
là đĩa tiếp liệu) tồn tại động lực truyền khối, tức hiệu số nồng độ ∆ y = y∗¿- y dương.
Rmin= xD− y∗F = 0,984−0,948 = 0.923
y∗F−xF 0 ,, 948−0,909

2.5.2. Tỉ số hồn lưu thích hợp
Tỉ số hoàn lưu để thiết kế là tỉ số hồn lưu ứng với chi phí thấp nhất được gọi là
tỉ số hồn lưu tối ưu. Khi tăng R thì số mâm sẽ giảm nhưng đường kính tháp tăng, thiết
bị ngưng tụ, công suất của bơm, nồi đun cũng tăng theo. Chi phí cố định sẽ giảm rồi
tăng đến vơ cực khi hoàn lưu toàn phần, lượng nước và lượng nhiệt cũng tăng theo tỉ
số hoàn lưu.
Rth= 1,3. Rmin + 0,3 = 1,3. 0,923 +0,3= 1,5
2.5.3. Phương trình làm việc phần chưng
ychưng=

Rth+f

x+

f +1

. xW

Rth +1 Rth +1

Trong đó lượng mol hỗn hợp đầu tính cho 1 Kmol sản phẩm đỉnh

f= F = 100,816 = xD−xW = 0,984−0,27 = 1,117 D
90,226 xF−xW 0,909−0,27

Thay f vào phương trình trên ta được:

y
Chưng

=

2.5.4. Phương trình làm việc phần cất
y cất =

Rth

x+

xD

Rth +1 Rth +1

12


Thay số liệu vào phương trình trên ta có:
1,5
0,984
y cất = 1,5
+1 x+ 1,5
+1 =

0,604554x+ 0,38912 2.5.5. Số mâm lý thuyết

Đồ thị xác định số mâm lý thuyết
Từ đồ thị, tha có 15 mâm lý thuyết bao gồm : 9 mâm chưng, 1 mâm nhập liệu, 5
mâm cất.
2.5.6. Xác định số mâm thực tế
Số mâm thực tế tính theo hiệu suất trung bình:
Nlt
N tt =
ηtb
Trong đó:
ηtb là hiệu suất trung bình của đĩa, là một hàm số của độ bay hơi trong đối với độ

nhớt của hỗn hợp lỏng, ηtb =f(α ,μ ¿
Ntt là số mâm thực tế
Nlt là số mâm lý thuyết
2.5.7. Xác định hiệu suất trung bình của tháp ηtb
Độ bay hơi tương đối của cấu tử dễ bay hơi
α=

y∗¿ ¿.1−x 1−
y∗¿¿ x

Trong đó:
x là phần mol của nước trong pha lỏng.
13


y* là phần mol của nước trong pha hơi cân bằng với pha lỏng
2.5.8. Tại vị trí nhập liệu

xF= 0,909 ta có y*F =0,991, tF = 100,542oC

y∗¿

=

αF

1− y∗¿

F

0.948

=

1−0.948

Tra bảng I.102 (trang 94,[1] ) độ nhớt của nước ta có
Tra bảng I.102 (trang 94,[1]) độ nhớt của axit acetit có
Độ nhớt của hỗn hợp lỏng tại vị trí nhập liệu:
lg

=
F

F

Suy ra:

μ

x×

F
hình IX.11[2] trang 171 ta có

Tra
Tại vị trí mâm đáy:

μ = 0,295.

xW =

0,27

αW=

ta

1− y∗¿

W

0,39

=

1−0,39

x

Tra bảng I.102 ( trang 94,[1]) độ nhớt của nước ta có
Tra bảng I.101 ( trang 91, [1]) độ nhớt của axit acetit có

Độ nhớt của hỗn hợp lỏng tại vị trí mâm đáy :
Lg
=
WW

Suy ra:

x
μ

W

Tra hình IX. 11[2] trang 171 ta có


μ=

2.5.9. Tại vị trí mâm đỉnh
D

y

X = 0,984

αD=

1− y∗¿

14

0

=

1−0,991

Tra bảng I.102 ( trang 94,[1]) độ nhớt của nước ta có
Tra bảng I.101 ( trang 91, [1]) độ nhớt của axit acetit có

Độ nhớt của hỗn hợp lỏng tại vị trí mâm đỉnh :
Lg

=

D

D

Suy ra:
xD ×

μ

hình IX.11[2] trang 171 ta có

Tra

μ=

2.5.10.

Hiệu suất trung bình
ηF+ηD+ηW

ηtb=

3

Số mâm thực tế:
=

15 =40.872

N tt 0,667

Vậy chọn số mâm thực tế Ntt = 41 mâm bao gồm: 26 mâm chưng, 1 mâm nhập
liệu, 14 mâm cất.


15


CHƯƠNG 3:

TÍNH TỐN THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT

3.1. Đường kính tháp, Dt
D

t=

√

TrongV đó:
ωtb: lượng

hơi trung bình đi trong tháp (m3/h).

g
tb:: tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (m/s).
ρ lượng hơi trung bình đi trong tháp (Kg/h).
ytb: khối lượng riêng trung bình của pha hơi (Kg/h).
tb

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.
Đường kính đoạn cất
Lượng hơi trung bình đi trong tháp
g +g1
gtb= d
(IX.91 trang 181 [2])
2

Trongg: đó:
gd: lượng hơi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (Kg/h).

1 lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn cất (Kg/h).
Xác định gd

gd =Dx(R+1) ( IX.92 trang 191 [2])
gd =90,226 x (1,5+ 1)=225,565

kmol
h

MtbD = 18 × y*D + (1- y*D) × 60
=18,378 kg/kmol
=>

gd =4145,434 kg/h

Theo IX.93 - 95 trang 182, [2] ta có hệ phương trình:
g1=G1 + D
g1 x y1=G1 x X1 + Dx X D

{ g1 x r1=gd x rd
Trong đó
Gl: lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn cất (Kmol/h).
16


rl: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn
cất (KJ/Kmol).
rd: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra ở đỉnh tháp (KJ/Kmol).
Xác định r1
t1=tF =100,542o C

rAl

Tra bảng I.250 [1] ta có:
r1 = rN1 × ryD + (1 − y ) × r

Tra bảng I.213 [ ]

Xác định
tD =100,092o C

=>
Tra bảng I.250 [1] ta có:

Tra bảng I.213 [1]
Có x1 = xF = 0,909
Giải hệ (IV.1) [2] ta được

Vậy gtb = (g1 + gd)/2 = (4757,255+4145,434)/2= 4451,345
Kg/h Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp ở đoạn cất
Tốc độ giới hạn hơi đi trong tháp với mâm xuyên lỗ có ống chảy chuyền
ω tb
Trong ρđó:
ρXác định

√

=0,05∗

ρ

xtb

ρ

ytb

ρxtb: :ρkhối
khối
lượng riêng trung bình của pha lỏng ở đoạn cất (Kg/m3).
lượng riêng trung bình của pha hơi ở đoạn cất (Kg/m ).
3

ytb

ytb

ytb =

[

y ∗18+ 1− y ∗60 ∗273
tb

(

tb

)

]

(IX.102 trang 183,[2])

22,4∗¿¿

Nồng độ phân mol trung bình:
17


y + y¿

ytb=

1

= 0,928+ 0,991 =0,9645

D

22

Nhiệt độ trung bình đoạn cất

t =
tbD

Suy ra:
Xác

Nồng độ

x

x tb=

F

+ x

D

=0,909+0,984 =0,9465

22

Suy ra

xtb=
Tra

x

=>

tb

=0,841458
tbD

Tra bảng I.2 [1] ta có :

Với:
The o IX,104a ta có:

bảng I.249 [1] ta có:

(x

ρ xtb=

tb

+

ρA

1−xtb

)

−1

(Kg )

=963,724

ρNm3

=>ωgh=0,05
Để tránh tạo bọt ta chọn tốc độ hơi trung bình đi trong tháp bằng 80% tốc độ giới
ω =0,8×ω

hạn hơi đi trong tháp
tb

Đường kính đoạn cất:
Dcất =0,0188 ×

√

Đường kính đoạn chưng
Lượng hơi trung bình đ trong tháp
gtb'=


Trong đó:
g’n: lượng hơi ra khỏi đoạn chưng (Kg/h).
18


g′l: lượng hơi đi vào đoạn chưng (Kg/h).
Theo IX.98 - 100 trang 182,2 ta

Xác định g’n
g’n = g1 = 230,8899 (Kmol/h) =
G1'=g1'+W
G ∗x'
'

{

=g' ∗y¿

11

g1'∗r1' =gn'∗r'n=g 1∗r 1

TrongG′đó:

r′ l: lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn chưng (Kmol/h).

(KJ/Kmol).

l:

ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng

Xác định r1'
Tại x
Với:

W

MtbW

t′1 = tW = 108,134 ℃

Nên:

= 18

Tra bảng I.250 1 ta có:

′

Tra bảng I.212 1 ta có:
1

Suy ra: r’

=

rXác= rđịnh× ry1 + (1 − y ) × r = 40656,297* 0,938 +(1- 0,938)* 23289,836

suy1 raN1r1 =1 24366,556581 A1(KJ/Kmol)
Ta có W = 10,59 (kmol/h)

Giải hệ phương trình (IV.2) ta được

x'1=0,384947 ( phânmolnước )−Mtb G =43,832
'

{

g' 1=240,899( Kmol/h)=10559,

Vậy
g'tb=

g'n +g'1

19


Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp ở đoạn chưng

√

ω'tb=0,05∗

Trong đó:
′
Xác

:

:

′

ρ

định
’
ytb =

Với nồng độ phân mol trung bình:

y'tb=

y + y¿

1

2

W

= 0,938+ 0,39 =0,664
2

Nhiệt độ trung bình đoạn chưng:

=≫ ρ′

Nồng độ
Xác định

phân mol
x F + xw

x'tb=

Suy ra
x'

=

' x ∗18+

tb
tb

Tra
=>
Tra bảng I.2 1 ta có:

Với:
The o IX,104a ta có:

t’

x'tb

=0,301


ρ 'xtb=

(xρ''

tb
A

+

1− x 'tb
ρ' N

=>ωgh=0,05 ×

√

)

−1

=¿956,427 (Kg/m3)

956,427

1,0373 =1,518 (m/s)

20
Để tránh tạo bọt ta chọn tốc độ hơi trung bình đi trong tháp b
ω =0,8×ω

hạn hơi đi trong tháp

tb

Đường kính đoạn cất:

=

Dcất 0,0188 ×

√

Kết luận: hai đường kính đoạn chưng và đoạn cất khơng chê
lớn nên ta chọn đường kính của tồn tháp là: Dt = 1,3
Phần chưng

Phần cất
ωlv=

0,0188

2

× gtb = 0,01882 × 4451,345 =1,557 (m/s )

Dt 2 × ρytb1,32 × 0,636313

3.2. Chiều cao tháp
3.2.1. Cấu tạo mâm lỗ
Chọn tháp mâm xun lỗ có ống chảy chuyền.
Tổng diện tích lỗ bằng 8% diện tích mâm.
Đường kính lỗ dl = 10 mm = 0,01 m.
Khoảng cách giữa hai tâm lỗ bằng 2.5 lần đường kính lỗ (bố trí theo hình lục giác

đều).
Diện tích dành cho ống chảy chuyền và gờ chảy tràn bằng 20% diện tích mâm.
Tỷ lệ bề dày mâm và đường kính lỗ là 2/3.
Mâm được làm bằng inox SUS304.
Số lỗ trên 1 mâm


N=

Tính lại số lỗ trên mâm:
Gọi a là số hình lục giác

Áp dụng cơng thức V,139 ta có: N = 3a
Giải phương trình ta được: a = 22, N =
21