THIẾT kế THIẾT bị NGƯNG tụ CHO THÁP mâm CHÓP CHƯNG cất hỗn hợp ETANOL nước

ẹAMH Quaự trỡnh & Thieỏt bũ GVHD: Ths.Vuừ Baự Minh
SVTH:Nguyn Th Hi
Page 1

N MễN HC
QU TRèNH & THIT B
ti
THIT K THIT B NGNG T CHO THP MM CHểP
CHNG CT HN HP ETANOL-NC
NNG SUT 2000 L/h


MUẽC LUẽC


Page
LI NểI U 3
CHNG 1 : TNG QUAN 4

CHNG 2 : CN BNG VT CHT
I. Cỏc thụng s ban u . 15
II. Xỏc nh sut lng sn phm nh v sn phm ỏy 15
III. Xỏc nh t s hon lu thớch hp 17
IV. Phng trỡnh ng lm vic s mõm lý thuyt 17
V. Xỏc nh s mõm thc t . 18
VI. Xỏc nh suỏt lng Mol ca cỏc dũng pha 21

CHNG 3 : CN BNG NNG LNG
I. Cõn bng nhit lng ca thỏp chng ct 22
II. Cõn bng nhit lng cho thit b trao i nhit gia dũng nhp

liu v dũng sn phm ỏy . 23
III. Cõn bng nhit lng cho thit b un núng dũng nhp liu 23
IV. Cõn bng nhit lng cho thit b ngng t hi lu 24
V. Cõn bng nhit lng cho thit b lm ngui sn phm nh . 25






ÑAMH Quaù trình & Thieát bò GVHD: Ths.Vuõ Baù Minh
SVTH:Nguyễn Thị Hải
Page 2


CHƯƠNG 4 : THÁP CHƯNG CẤT
I. Tính đường kính tháp …………………………………………………. 25
II. Tính chiều cao tháp ………………………………………………… 30
III. Tính toán chóp và ống chảy chuyền …………………………………… 31
IV. Tính trở lực tháp ……………………………………………………… 36

CHƯƠNG 5 : THIẾT BỊ CHÍNH THIẾT BỊ NGƯNG TỤ SẢN PHẨM ĐỈNH
I. Tính kích thước thiết bị ……………………………………………… 40
II. Tính cơ khí …………………………………………………………… 45

CHƯƠNG 6 : TÍNH THIẾT BỊ PHỤ
I. Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh …………………………………… 54
II. Thiết bị trao đổi nhiệt giữa nhập liệu và sản phẩm đáy ………………… 58
III. Thiết bị đun nóng dòng nhập liệu …………………………………… 63
IV. Thiết bị đun sôi đáy tháp …………………………………………… 68

V. Bồn cao vị …………………………………………………………… 71
VI. Bơm …………………………………………………………………. 75

CHƯƠNG 7 : GIÁ THÀNH THIẾT BỊ …………………………………… 77

TÀI LIỆU HAM KHẢO …………………………………………………. 78


















ĐAMH Quá trình & Thiết bò GVHD: Ths.Vũ Bá Minh
SVTH:Nguyễn Thị Hải
Page 3

LỜI NĨI 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 hoàn 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 Etanol-Nước là 2 cấu tử
tan lẫn hoàn toàn, ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao
độ tinh khiết.
Đồ án môn học Quá trình và Thiết bò 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 toán cụ
thể về: quy trình công nghêä, kết cấu, giá thành của một thiết bò
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 thiết bị ngưng tụ sản phẩm
đỉnh cho tháp mâm chóp chưng cất Etanol-Nước có năng suất là
2000 l/h, nồng độ nhập liệu là 25% khối lượng, nồng độ sản phẩm
đỉnh là 85% khối lượng. Sử dụng hơi đốt có áp suất 2,5at.

ĐAMH Quá trình & Thiết bò GVHD: Ths.Vũ Bá Minh
SVTH:Nguyễn Thị Hải
Page 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
I. LÍ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT:
1. Các phương pháp chưng cất:

Chưng cất là quáù trình phân tách hỗn hợp lỏng (hoặc khí lỏng) thành các cấu tử
riêng biệt dựa vào sự khác nhau về độ bay hơi của chúng (hay nhiệt độ sôi khác nhau
ở cùng áp suất), bằng cách lặp đi lặp lại nhiều lần quá trình bay hơi - ngưng tụ, trong
đó vật chất đi từ pha lỏng vào pha hơi hoặc ngược lại. Khác với cô đặc, chưng cất là
quá trình trong đó cả dung môi và chất tan đều bay hơi, còn cô đặc là quá trình trong
đó chỉ có dung môi 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 hệ cấu tử thì ta thu được 2 sản
phẩm: sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm gồm cấu tử có độ bay hơi lớn (nhiệt độ sôi nhỏ ),
sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé(nhiệt độ sôi lớn) .Đối với hệ
Etanol - Nước sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm etanol và một ít nước , ngược lại sản phẩm
đáy chủ yếu gồm nước và một ít etanol.
Các phương pháp chưng cất: được phân loại theo:
 Áp suất làm việc : chưng cất áp suất thấp, áp suất thường và áp suất cao.
Nguyên tắc của phương pháp này là dựa vào nhiệt độ sôi của các cấu tử, nếu nhiệt độ
sôi của các cấu tử quá cao thì ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi của các
cấu tử.
 Nguyên lý làm việc: gián đoạn (chưng đơn giản) và liên tục.
* Chưng cất đơn giản(gián đoạn): phương pháp này đïc sử dụng trong các
trường hợp sau:
+ Khi nhiệt độ

sôi của các cấu tử khác xa nhau.
+ Không đòi 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 cất hỗn hợp hai cấu tử (dùng thiết bò hoạt động liên tục) là quá trình
được thực hiện liên tục, nghòch dòng, nhều đoạn.
 Phương pháp cất nhiệt ở đáy tháp: cấp nhiệt trực tiếp bằng hơi nước (thường
được áp dụng trường hợp chất được tách không tan trong nước).

ĐAMH Quá trình & Thiết bò GVHD: Ths.Vũ Bá Minh
SVTH:Nguyễn Thị Hải
Page 5
Vậy: đối với hệ Etanol – Nước, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp
nhiệt gián tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường.
2. Thiết bò chưng cất:
Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp chưng cất nhưng chúng đều có
một yêu cầu cơ bản là diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn ,điều này phụ thuộc vào
độ phân tán của lưu chất này vào lưu chất kia .
Tháp chưng cất rất phong phú về kích cỡ và ứng dụng ,các tháp lớn nhất thường
được ứng dụng trong công nghiệp lọc hoá dầu. Kích thước của tháp : đường kính tháp
và chiều cao tháp tuỳ thuộc suất lượng pha lỏng, pha khí của tháp và độ tinh khiết của
sản phẩm. Ta khảo sát 2 loại tháp chưng cất 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 để chia thân tháp thành những đoạn bằng nhau, trên mâm pha lỏng
và pha hơi đựơc cho tiếp xúc với nhau. Tùy theo cấu tạo của đóa, ta có:
* Tháp mâm chóp : trên mâm bố trí có chóp dạng:tròn, xú bắp, chữ s…
* Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm bố trí các lỗ có đường kính (3-12) mm.
 Tháp chêm(tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều đoạn 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 và nhược điểm của các loại tháp :

Tháp chêm.
Tháp mâm xuyên lỗ
Tháp mâm chóp.
Ưu điểm:
- Đơn giản.
- Hiệu suất tương đối cao.

- Hiệu suất cao.

- Trở lực thấp.
- Hoạt động khá ổn đònh.
- Hoạt động ổn đònh.


- Làm việc với chất lỏng
bẩn.

Nhược điểm:
- Hiệu suất thấp.
- Trở lực khá cao.
- Cấu tạo phức tạp.

- Độ ổn đònh
kém.
- Yêu cầu lắp đặt khắt
khe
- Lắp đóa thật phẳng.
- Trở lực lớn.

ĐAMH Quá trình & Thiết bò GVHD: Ths.Vũ Bá Minh
SVTH:Nguyễn Thị Hải
Page 6

- Thiết bò nặng.

- Không làm việc với
chất lỏng bẩn.

3. Thiết bò ngưng tụ loại vỏ ống:
a) Thiết bò ngưng tụ ống chùm nằm ngang:
Thiết bò ngưng tụ ống chùm nằm ngang là thiết bò ngưng tụ được sử dụng rất phổ
biến. Thiết bò dược giải nhiệt bằng nước. Bình ngưng có thân hình trụ nằm ngang làm
từ vật liệu thép X18H10T. Các ống trao đổi nhiệt là các ống thép X18H10T hay ống
đồng có cánh về phía môi chất lạnh. Các ống trao đổi nhiệt được hàn kín hoặc nong
vào hai vỉ ống ở hai đầu. Hai đầu thân bình là các nắp bình. Các nắp bình tạo thành
vách phân dòng nước để nước tuần hoàn nhiều lần trong bình ngưng. Mục đích tuần
hoàn nhiều lần là để tăng thời gian tiếp xúc của nước và môi chất; tăng tốc độ chuyển
động của nước trong các ống trao đổi nhiệt nhằm nâng cao hệ số toả nhiệt. Cứ một
lần nước chuyển động từ đầu này đến đầu kia của bình thì gọi là một pass. Một trong
những vấn đề cần quan tâm khi chế tạo bình ngưng là bố trí số lượng ống của các pass
phải đều nhau, nếu không đều thì tốc độ nước trong các pass sẽ khác nhau, tạo nên
tổn thất áp lực không cần thiết.
Nguyên lý làm việc của bình như sau: hơi từ máy nén được đưa vào bình và bao
phủ lên không gian giữa các ống trao đổi nhiệt và thân bình. Bên trong bình hơi trao
đổi nhiệt với nước lạnh chuyển động bên trong các ống trao đổi nhiệt và ngưng tụ lại
thành lỏng. Lỏng ngưng tụ bao nhiêu lập tức chảy ngay về bình chứa đặt bên dưới
bình ngưng. Một số hệ thống không có bình chứa cao áp mà sử dụng một phần bình
ngưng làm bình chứa. Trong trường hợp này người ta không bố trí các ống trao đổi
nhiệt phần dưới của bình. Để lỏng ngưng tụ chảy thuận lợi phải có ống cân bằng nối
phần hơi bình ngưng với bình chứa cao áp.
 Ưu điểm
- Bình ngưng ống chùm nằm ngang, giải nhiệt bằng nước nên hiệu quả giải
nhiệt cao, mật độ dòng nhiệt khá lớn. Dễ dàng thay đổi tốc độ nước trong bình để có
tốc độ thích hợp nhằm nâng cao hiệu quả trao đổi nhiệt, bằng cách tăng số pass tuần
hoàn nước.
- Hiệu quả trao đổi nhiệt khá ổn đònh, ít phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường.
- Cấu tạo chắc chắn, gọn và rất tiện lợi trong việc lắp đặt trong nhà, có suất

tiêu hao kim loại nhỏ, khoảng 40-45 kg/m
2
diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, hình dạng
đẹp phù hợp với yêu cầu thẩm mỹ công nghiệp.
- Dễ chế tạo, lắp đặt, vệ sinh, bảo dưỡng và vận hành.

ĐAMH Quá trình & Thiết bò GVHD: Ths.Vũ Bá Minh
SVTH:Nguyễn Thị Hải
Page 7
- Có thể sử dụng một phần của bình để làm bình chứa
- Ít hư hỏng và tuổi thọ cao: Đối với các loại dàn ngưng tụ kiểu khác, các ống
sắt thường xuyên phải tiếp xúc môi trường nước và không khí nên tốc độ ăn mòn ống
trao đổi nhiệt khá nhanh. Đối với bình ngưng, do thường xuyên chứa nước nên bề mặt
trao đổi nhiệt hầu như luôn luôn ngập trong nước mà không tiếp xúc với không khí. Vì
vậy tốc độ ăn mòn diễn ra chậm hơn nhiều.

 Nhược điểm
- Đối với hệ thống lớn sử dụng bình ngưng không thích hợp vì khi đó đường
kính bình quá lớn, không đảm bảo an toàn. Nếu tăng độ dày thân bình sẽ rất khó gia
công chế tạo. Vì vậy các nhà máy công suất lớn, ít khi sử dụng bình ngưng.
- Khi sử dụng bình ngưng, bắt buộc trang bò thêm hệ thống nước giải nhiệt gồm:
Tháp giải nhiệt, bơm nước giải nhiệt, hệ thống đường ống nước, thiết bò phụ đường
nước vv… nên tăng chi phí đầu tư và vận hành. Ngoài buồng máy, yêu cầu phải có
không gian thoáng bên ngoài để đặt tháp giải nhiệt. Quá trình làm việc của tháp luôn
luôn kéo theo bay hơi nước đáng kể, nên chi phí nước giải nhiệt khá lớn, nước thường
làm ẩm ướt khu lân cận, vì thế nên bố trí xa các công trình.
- Kích thước bình tuy gọn, nhưng khi lắp đặt bắt buộc phải để dành khoảng
không gian cần thiết hai đầu bình để vệ sinh và sửa chữa khi cần thiết.
- Quá trình bám bẩn trên bề mặt đường ống tương đối nhanh, đặc biệt khi chất
lượng nguồn nước kém.

b) Thiết bò ngưng ống chùm thẳng đứng:
Để tiết kiệm diện tích lắp đặt người ta sử dụng bình ngưng ống vỏ đặt đứng. Cấu
tạo tương tự bình ngưng ống chùm nằm ngang, gồm có: vỏ bình hình trụ thường được
chế tạo từ thép X18H10T, bên trong là các ống trao đổi nhiệt thép áp lực C20, bố trí
đều, được hàn hoặc núc vào các mặt sàng. Nước được bơm bơm lên máng phân phối
nước ở trên cùng và chảy vào bên trong các ống trao đổi nhiệt. Để nước chảy theo
thành ống trao đổi nhiệt, ở phía trên các ống trao đổi nhiệt có đặt các ống hình côn.
Phía dưới bình có máng hứng nước. Nước sau khi giải nhiệt xong thường được xả bỏ.
Hơi quá nhiệt sau máy nén đi vào bình từ phía trên. Lỏng ngưng tụ chảy xuống phần
dưới của bình giữa các ống trao đổi nhiệt và chảy ra bình chứa cao áp. Bình ngưng có
trang bò van an toàn, đồng hồ áp suất, van xả khí, kính quan sát mức lỏng.
 Ưu điểm
- Hiệu quả trao đổi nhiệt khá lớn, phụ tải nhiệt của bình đạt 4500 W/m
2
ở độ
chênh nhiệt độ 4-5K, tương ứng hệ số truyền nhiệt k = 800-1000 W/m
2
.K

ĐAMH Quá trình & Thiết bò GVHD: Ths.Vũ Bá Minh
SVTH:Nguyễn Thị Hải
Page 8
- Thích hợp cho hệ thống công suất trung bình và lớn, không gian lắp đặt chật
hẹp, phải bố trí bình ngưng ở ngoài trời.
- Do các ống trao đổi nhiệt đặt thẳng đứng nên khả năng bám bẩn ít hơn so với
bình ngưng ống chùm nằm ngang, do đó không yêu cầu chất lượng nguồn nước cao
lắm.
- Do kết cấu thẳng đứng nên lỏng môi chất chảy ra ngoài khá thuận lợi.
 Nhược điểm

- Vận chuyển, lắp đặt, chế tạo, vận hành tương đối phức tạp.
- Lượng nước tiêu thụ khá lớn nên chỉ thích hợp những nơi có nguồn nước dồi
dào và rẻ tiền.
- Đối với hệ thống rất lớn sử dụng bình ngưng kiểu này không thích hợp, do
kích thước cồng kềnh, đường kính bình quá lớn không đảm bảo an toàn.

II. GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU:
Nguyên liệu là hỗn hợp Etanol - Nước.
1 . Etanol: (Còn gọi là rượu etylic , cồn êtylic hay cồn thực phẩm).
Etanol có công thức phân tử: CH
3
-CH
2
-OH, khối lượng phân tử: 46 đvC. Là
chất lỏng có mùi đặc trưng, không độc, tan nhiều trong nước.
 Một số thông số vật lý và nhiệt động của etanol:
+ Nhiệt độ sôi ở 760(mmHg): 78.4
o
C.
+ Khối lượng riêng: d
4
20
= 810 (Kg/m
3
).
 Tính chất hóa học:
Tất cả các phản ứng hoá học xảy ra ở nhóm hydroxyl (-OH) của etanol là thể
hiện tính chất hoá học của nó.
* Phản ứng của hydro trong nhóm hydroxyl:
CH

3
-CH
2
-OH CH
3
-CH
2
-O
-
+ H
+
Hằng số phân ly của etanol:
18
10
23



OHCHCH
K
, cho nên etanol là chất trung tính.
+ Tính acid của rượu thể hiện qua phản ứng với kim loại kiềm, Natri hydrua(NaH),
Natri amid(NaNH
2
):
CH
3
-CH
2
-OH + NaH CH

3
-CH
2
-ONa + H
2

Natri etylat
Do
14
10
223



OHOHCHCH
KK
: tính acid của rượu nhỏ hơn tính acid
của nước, nên khi muối Natri etylat tan trong nước sẽ bò thuỷ phân thành rượu
trở lại.

ĐAMH Quá trình & Thiết bò GVHD: Ths.Vũ Bá Minh
SVTH:Nguyễn Thị Hải
Page 9
+ Tác dụng với acid tạo ester: Rượu etanol có tính bazơ tương đương với
nước. Khi rượu tác dụng với acid vô cơ H
2
SO
4
, HNO
3

và acid hữu cơ đều tạo ra
ester.
CH
3
-CH
2
-OH + HO-SO
3
-H CH
3
-CH
2
O-SO
3
-H + H
2
O


CH
3
-CH
2
O-H + HO-CO-CH
3
CH
3
-COO-C
2
H

5
+ H
2
O
* Phản ứng trên nhóm hydroxyl:
+ Tác dụng với HX:
CH
3
-CH
2
-OH + HX CH
3
-CH
2
-X + H
2
O
+ Tác dụng với Triclo Phốt pho:
CH
3
-CH
2
-OH + PCl
3
CH
3
-CH
2
-Cl + POCl + HCl

+ Tác dụng với NH
3
:
CH
3
-CH
2
-OH + NH
3
C
2
H
5
-NH
2
+ H
2
O

+ Phản ứng tạo eter và tách loại nước:

2CH
3
-CH
2
-OH (CH
3
-CH
2
)

2
O + H
2
O

CH
3
-CH
2
-OH CH
2
=CH
2
+ H
2
O

* Phản ứng hydro và oxy hoá:

CH
3
-CH
2
-OH CH
3
-CHO + H
2


 Ứng dụng: etanol có nhiều ứng dụng hơn metanol, nó đóng một vai trò quan

trọng trong nền kinh tế quốc dân. Nó là nguyên liệu dùng để sản suất hơn
150 mặt hàng khác nhau và được ứng dụng rộng rãi trong các ngành: công
nghiệp nặng, y tế và dược, quốc phòng, giao thông vận tải, dệt, chế biến gỗ
và nông nghiệp.







Al
2
O
3
t
o

Lạnh
H
+

H
2
SO
4
>150
o
C
H

2
SO
4
>150
o
C
Cu

200-300
o
C

ĐAMH Quá trình & Thiết bò GVHD: Ths.Vũ Bá Minh
SVTH:Nguyễn Thị Hải
Page 10

Sơ đồ tóm tắt vò trí của etanol trong các ngành công nghiệp.
 Phương pháp điều chế: có nhiều phương pháp điều chế etanol: hydrat hoá
etylen với xúc tác H
2
SO
4
; thuỷ phân dẫn xuất halogen và ester của etanol khi
đun nóng với nước xúc tác dung dòch bazơ; hydro hoá aldyhyt acêtic; từ các
hợp chất cơ kim…
Trong công nghiệp, điều chế etanol bằng phương pháp lên men từ nguồn
tinh bột và rỉ đường. Những năm gần đây, ở nước ta công nghệ sản suất
etanol chủ yếu là sử dụng chủng nấm men Saccharomyses cerevisiae để lên
men tinh bột:

C
6
H
6
O
6
2C
2
H
5
OH + 2CO
2
+ 28 Kcal

Trong đó: 95% nguyên liệu chuyển thành etanol và CO
2
.
5% nguyên liệu chuyển thành sản phẩm phụ: glyxêrin, acid
sucxinic, dầu fusel, metylic và các acid hữu cơ(lactic, butylic…).


2 . Nước:
Trong điều kiện bình thường: nước là chất lỏng không màu, không mùi, không
vò nhưng khối nước dày sẽ có màu xanh nhạt.
Nấm men

Zymaza
+ Thuốc súng không khói.
+ Nhiên liệu hoả tiễn, bom bay.

+ Động lực.
+ Thuốc trừ sâu.

+ Sơn.
+ Vecni.

+ Đồ nhựa.
+ Keo dán.
+ Hương liệu.
+ Sát trùng.
+ Pha chế thuốc.

+ Thuốc nhuộm.
+ Tơ nhân tạo.

+ Rượu mùi.
+ Dấm.

+ Dung môi hữu cơ:pha sơn
+ Nguyên liệu.

+ Công nghiệp cao su tổng
hợp
+ Động lực.

Nhiên liệu.


Etanol

ĐAMH Quá trình & Thiết bò GVHD: Ths.Vũ Bá Minh
SVTH:Nguyễn Thị Hải
Page 11
Khi hóa rắn nó có thể tồn tại ở dạng 5 dạng tinh thể khác nhau:
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 hoà tan nhiều chất và là dung
môi rất quan trọng trong kỹ thuật hóa học.

3 . Hỗn hợp Etanol – Nước:
Ta có bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp Etanol -
Nước ở 760 mmHg:



















x(%phân
mol)

0
5
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
y(%phân
mol)
0
33,2
44,2
53,1
57,6
61,4
65,4
69,9
75,3
81,8
89,8
100
t(
o
C)
100

90,5
86,5
83,2
81,7
80,8
80
79,4
79
78,6
78,4
78,4

ĐAMH Quá trình & Thiết bò GVHD: Ths.Vũ Bá Minh
SVTH:Nguyễn Thị Hải
Page 12


Hệ Etanol -Nước
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

x(%mol)
y(%mol)


III. CÔNG NGHỆ CHƯNG CẤT HỆ ETANOL – NƯỚC:
Etanol là một chất lỏng tan vô hạn trong H
2
O, nhiệt độ sôi là 78,4
0
C ở
760mmHg, nhiệt độ sôi của nước là 100
o
C ở 760mmHg : hơi cách biệt khá xa nên
phương pháp hiệu quả để thu etanol có độ tinh khiết cao là phương pháp chưng
cất.
Trong trường hợp này, ta không thể sử dụng phương pháp cô đặc vì các cấu tử
đều có khả năng bay hơi, và không sử dụng phương pháp trích ly cũng như phương
pháp hấp thụ do phải đưa vào một pha mới để tách, có thể làm cho quá trình phức
tạp hơn hay quá trình tách không được hoàn toàn.
* Sơ đồ qui trình công nghệ chưng cất hệ Etanol – nước:






ÑAMH Quaù trình & Thieát bò GVHD: Ths.Vuõ Baù Minh
SVTH:Nguyễn Thị Hải
Page 13

ĐAMH Quá trình & Thiết bò GVHD: Ths.Vũ Bá Minh
SVTH:Nguyễn Thị Hải
Page 14

Chú thích các kí hiệu trong qui trình:
1 . Bồn chứa nguyên liệu.
2 . Bơm.
3 . Bồn cao vò.
4 . Thiết bò trao đổi nhiệt giữa sản phẩm đáy và dòng nhập liệu
5 . Bẫy hơi
6 . Thiết bò gia nhiệt nhập liệu.
7 . p kế
8 . Nhiệt kế
9 . Tháp chưng cất
10 . Thiết bò ngưng tụ sản phẩm đỉnh
11 . Bộ phận phân dòng
12 . Lưu lượng kế
13 . Thiết bò làm nguội sản phẩm đỉnh.
14 . Bồn chứa sản phẩm đỉnh.
15 . Nồi đun đáy tháp
16 . Bồn chứa sản phẩm đáy.

Thuyết minh qui trình công nghệ:
Hỗn hợp etanol – nước có nồng độ etanol 25% ( theo phân mol), nhiệt độ
khoảng 30
0
C tại bình chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm lên bồn cao vò (3).
Từ đó được đưa đến thiết bò trao đổi nhiệt (4) ( trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy .
Sau đó, hỗn hợp được đun sôi đến nhiệt độ sôi trong thiết bò gia nhiệt(6)ù, hỗn hợp

được đưa vào tháp chưng cất (9) ở đóa nhập liệu.
Trên đóa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn cất 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 bò pha hơi
tạo nên từ nồi đun (15) lôi cuốn cấu tử dễ bay hơi.Nhiệt độ càng lên trên càng
thấp, nên khi hơi đi qua các đóa từ dưới lên thì cấu tử có nhiệt độ sôi cao là nước sẽ
ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp có cấu tử etanol chiếm
nhiều nhất (có nồng độ 85% phân mol). Hơi này đi vào thiết bò ngưng tụ (10) và
được ngưng tụ hoàn toàn. Một phần chất lỏng ngưng tụ đi qua thiết bò làm nguội
sản phẩm đỉnh (13), được làm nguội đến 40
0
C , rồi được đưa qua bồn chứa sản
phẩm đỉnh (14). Phần còn lại của chất lỏng ngưng tụ đựơc hoàn lưu về tháp ở đóa
trên cùng với tỉ số hoàn lưu tối ưu. Một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp được bốc

ĐAMH Quá trình & Thiết bò GVHD: Ths.Vũ Bá Minh
SVTH:Nguyễn Thị Hải
Page 15
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 ( nước). Hỗn
hợp lỏng ở đáy có nồng độ etanol là 0,004 phân mol, còn lại là nước. Dung dòch
lỏng đáy đi ra khỏi tháp vào nồi đun (15). Trong nồi đun dung dòch lỏng một phần
sẽ bốc hơi cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc, phần còn lại ra khỏi nồi đun
được trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu trong thiết bò (4) (sau khi qua bồn cao vò).
Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là etanol, sản phẩm đáy sau
khi trao đổi nhiệt với nhập liệu có nhiệt độ là 45
0
C được thải bỏ.

CHƯƠNG 2 : CÂN BẰNG VẬT CHẤT .

I . CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU :
 Năng suất sản phẩm đỉnh: V
D
= 2000 (l/h)
 Nồng độ nhập liệu : x
F
= 25% mol etanol
 Nồng độ sản phẩm đỉnh : x
D
= 85% mol etanol
 Tỷ lệ thu hồi etanol : 99%.
 Khối lượng phân tử của rượu và nước : M
R
=46 , M
N
=18
 Khối lượng riêng của rượu và nước ở nhiệt độ đỉnh t’
D
=78,5
0
C:
o ρ
R
=0,735(Kg/l)
o ρ
N
=0.972(Kg/l)
 Chọn :

+ Nhiệt độ nhập liệu : t’
F
=30
o
C
+ Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau khi làm nguội : t’
D
=45
o
C
+ Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi trao đổi nhiệt : t’
W
= 45
o
C
+Trạng thái nhập liệu là trạng thái lỏng sôi
 Các kí hiệu :
+ G
F
, F : suất lượng nhập liệu tính theo Kg/h , Kmol/h .
+ G
D
, D : suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo Kg/h , Kmol/h
+ G
W
,W : suất lượng sản phẩm đáy tính theo Kg/h , Kmol/h
+ x
i
,
i

x
: phân mol , phân khối lượng của cấu tử i

II . XÁC ĐỊNH SUẤT LƯNG SẢN PHẨM ĐỈNH VÀ SẢN PHẨM ĐÁY :
 Cân bằng vật chất cho toàn tháp : F = D + W (II.1)
 Cân bằng cấu tử etanol (cấu tử nhẹ) : F.x
F
= D.x
D
+ W.x
W
(II.2)
 Tỷ lệ thu hồi (99%) : F.x
F
. D.x
D
(II.3)
Với :
* Phân mol nhập liệu : x
F
= 0,25 (phân mol etanol )
-->