Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp chóp để phân tách hỗn hợp aceton ccl4

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ THÁP CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC LOẠI
THÁP CHÓP ĐỂ PHÂN TÁCH HỖN HỢP ACETON- CCL4
Giáo viên hướng dẫn:

Phan Thị Quyên

Sinh viên thực hiện:

Đoàn Tất Đạt

Lớp:

HÓA 1- K15

Mã sinh viên:

2020601812

Hà Nội, 2021


MỤC LỤC

MỤC LỤC................................................................................................................2
LỜI CẢM ƠN..........................................................................................................4
LỜI NÓI ĐẦU..........................................................................................................6
PHẦN 1. GIỚI THIỆU CHUNG............................................................................8

1. LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN.................................................................8
1.1. Phương pháp chưng luyện...........................................................................8
1.2. Thiết bị chưng luyện.......................................................................................9
2. GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP ĐƯỢC CHƯNG LUYỆN..................................9
3. SƠ ĐỒ VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT.........................12
3.1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ.....................................................................12
3.2. Thuyết minh dây chuyền...........................................................................14
4. TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH....................................................................15
4.1. Kí hiệu các đại lượng như sau:..................................................................15
5. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP :.......................................................................26
5.1. Tính lưu lượng các dịng pha đi trong tháp:..............................................26
5.2. Tính đường kính đoạn chưng....................................................................29
5.3. Đường kính đoạn chưng :..........................................................................36
6. TÍNH CHIỀU CAO THÁP :...........................................................................37
6.1. Hệ số khuếch tán:......................................................................................37
6.2. Hệ số cấp khối:..........................................................................................39
6.3. Hiệu suất tháp - Chiều cao tháp:..............................................................51
7. TÍNH TRỞ LỰC CỦA THÁP:.......................................................................52
7.1. Trở lực của đĩa khô:..................................................................................52
7.2. Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt:..........................................................54
8. TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG:.............................................................62
8.1. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu:.........................62
Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện:.......................................................64
8.2. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ:.............................................69
9. TÍNH THIẾT BỊ PHỤ.....................................................................................72
9.1. THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐẦU.................................................72
9.2. Lượng nhiệt trao đổi:.................................................................................73
9.3. Diện tích trao đổi nhiệt:.............................................................................74
10. TÍNH BƠM VÀ THÙNG CAO VỊ:................................................................82
10.1.

Các trở lực của quá trình cấp liệu :........................................................82
11. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ VÀ LỰA CHỌN:.......................................................96
11.1.
Tính toán thân tháp:...............................................................................96


11.2.
Tính chóp và kích thước cơ bản của chóp:............................................99
11.3.
Tính đáy và nắp thiết bị:.......................................................................101
11.4.
Chọn mặt bích :....................................................................................104
KẾT LUẬN..........................................................................................................116
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................117


LỜI CẢM ƠN
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 cơng 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 thuật 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 Cơng Nghệ Hóa trường Đại Học Cơng
Nghiệp Hà Nội đã đào tạo ra những sinh viên chuyên ngành hóa. Điều đó khơng chỉ cung cấp cho
đất nước đội ngũ những cơng 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 Hóa của trường, chúng 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, chinh vì vậy khi được nhận bản đồ án quá trình thiết
bị này là một cơ hội tốt để cho chúng 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 chúng 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.
Để hoàn thành được bản đồ án này em xin gửi lời cám ơn chân thành nhất đến các thầy cô
khoa Công Nghệ Hóa, đặc biệt là thầy giáo Nguyễn Thế Hữu đã giành cho chúng em sự ưu đãi đặc
biệt, tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em làm 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 cô để bản đồ án
của em được hoàn chỉnh hơn.
Em xin chân thành cám ơn!


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triểnvượt bậc của nền công nghiệp thế giới và nước nhà,
các ngành cơng nghiệp nhất là cơng nghiệp hóa chất và thực phẩm cần thiết nhiều hóa chất
có độ tinh khiết cao. Để đạt được điều này người ta thường tiến hành phân tách các cấu tử ra
khỏi hỗn hợp đầu, trong đó chưng cất là một trong những phương pháp được sử dụng phổ
biến hiện nay.
Chưng cất là quá trình dùng nhiệt để tách một phần hỗn hợp lỏng ra thành các cấu tử
riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của chúng trong hỗn hợp ở cùng nhiệt độ đo.
Phương pháp này ứng dụng để tách hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hịa tan hồn
tồn hoặc một phần vào nhau. Hỗn hợp này có thể chỉ có hai cấu tử hoặc nhiều hơn. Với hệ
hai cấu tử sẽ thu được sản phẩm đỉnh gồm phần lớn là cấu tử dễ bay hơi và sản phẩm đáy
chứa đa phần là cấu tử khó bay hơi.
Trong sản xuất ta thường gặp các phương pháp chưng khác nhau như : chưng đơn

giản, chưng bằng hơi nước trực tiếp, chưng chân không và đặc biệt hơn là chưng luyện.
Chưng luyện là phương pháp thông dụng dùng để tách hồn tồn hỗn hợp các cấu tử
dễ bay hơi có tính chất hịa tan một phần hoặc hịa tan hồn toàn vào nhau.Chưng luyện ở áp
suất thấp dùng cho các hỗn hợp dễ bị phân hủy nhiệt ở nhiệt độ cao,các cấu tử dễ bay hơi và
ngược lại.
Vật liệu gia cơng là thép khơng gỉ bởi vì hỗn hợp cần tách là hệ ăn mòn mạnh, mặt
khác tuy giá thành sản xuất còn cao nhưng đáp ứng được những tiêu chuẩn cơ bản của thiết
bị hóa chất đó là: chống ăn mịn, bền nhiệt, cơ tính tốt, tuổi thọ làm việc lâu dài …
Đồ án mơn Q trình và Thiết bị bước đầu giúp sinh viên làm quen với việc tính tốn
và thiết kế một dây chuyền sản xuất, mà cụ thể trong đồ án này là hệ thống chưng luyện liên
tục.
Với đề tài:

Thiết kế và tính tốn hệ thống chưng luyện liên tục làm việc ở áp suất
thường để tách hỗn hợp 2 cấu tử : Aceton - CCl4


PHẦN 1. GIỚI THIỆU CHUNG
1. LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN
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:
a.

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.
b.

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.
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 quá trình được thực hiện liên tục nghịch dòng và nhiều đoạn.

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 dựng. 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 giao thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đệm để
phân tách hỗn hợp hai cấu tử là Axetandehit- Benzen, chế độ là việc ở áp suất thường với
hỗn hợp đầu vào ở nhiệt độ sơi.

2. GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP ĐƯỢC CHƯNG LUYỆN
Cacbontetraclorua có cấu trúc phân tử là CCl 4 phân tử gam là 183,84g/mol. Bề ngồi
Chất lỏng khơng màu , khối lượng riêng là 1,5842 g/cm, dễ bay hơi ,tnc=-229,2 oC; ts =
76,72 oC.Là một chất khơng phân cực. Trong vai trị của một dung mơi, nó hịa tan khá tốt
các hợp chất không phân cực khác, chất béo và dầu mỡ. Sử dụng chủ yếu hợp chất này làm
chất phản ứng trong tổng hợp hữu cơ. Đây là một chất lỏng khơng màu có mùi "thơm".
Nhưng nó hơi dễ bay hơi, tạo ra hơi với mùi đặc trưng như của các dung mơi clo hóa khác,
hơi tương tự như mùi của tetraclorthylen dùng trong các cửa hàng giặt là khơ. Nó được dùng
làm dung mơi trong nghiên cứu hóa tổng hợp Đơi khi nó là hữu ích để làm dung mơi cho
phổ hồng ngoại học do khơng có các dải hấp thụ đáng kể > 1.600 cm-1. Do
cacbontetraclorua không chứa bất kỳ ngun tử hiđrơ nào, nên trong q khứ nó được dùng
trong phổ NMR proton. Tuy nhiên, cacbon tetraclorua là độc hại và khả năng hịa tan của nó
là thấp. Nó đã bị thay thế phần lớn bởi các dung mơi đơteri hóa, thường là có các thuộc tính
hịa tan tốt hơn và cho phép phổ kế giam giữ đơteri.Phơi nhiễm trước hàm lượng cao của
cacbon tetraclorua (bao gồm cả thể hơi) có thể ảnh hưởng tới hệ thần kinh trung ương và làm
suy thoái gan và thận cũng như có thể gây ra (sau phơi nhiễm kéo dài) hơn mê và thậm chí

gây tử vong. Phơi nhiễm kinh niên trước cacbontetraclorua có thể gây ra ngộ độc gan và tổn
thương thận hay gây ra ung thư. Đầu thế kỷ 20, cacbon tetraclorua được sử dụng rộng rãi
làm dung môi tẩy rửa khô, cũng như làm chất làm đông lạnh hay trong các bình chữa cháy.
Tuy nhiên, khi người nhận thấy dường như phơi nhiễm cacbon tetraclorua có ảnh hưởng
nghiêm trọng tới sức khỏe thì các chất thay thế an toàn hơn như tetracloroethylen được dùng


cho các ứng dụng đó và việc sử dụng nó trong các ứng dụng này bị suy giảm từ khoảng năm
1940 trở đi. Cacbon tetraclorua còn được dùng làm thuốc trừ dịch hại để giết sâu bọ trong
ngũ cốc đang lưu trữ, nhưng trong năm 1970, nó đã bị cấm dùng trong các sản phẩm tiêu
dùng tại Hoa Kỳ.Trước khi có nghị định thư Montreal một lượng lớn cacbon tetraclorua đã
được sử dụng để sản xuất các chất làm lạnh freon R-11(tricloroflorometan) và R-12
(diclorodiflorometan). Tuy nhiên, các chất làm lạnh này hiện nay bị coi là đóng vai trị trong
sự suy giảm ôzôn và bị loại bỏ. Cacbon tetraclorua hiện vẫn còn được dùng để sản xuất các
chất làm lạnh ít phá hủy hơn.Cacbon tetraclorua cũng được sử dụng để phát hiện nơtrino.
Cacbon tetraclorua là một trong những chất độc mạnh nhất đối với gan và được sử dụng
trong nghiên cứu khoa học để đánh giá các chất bảo vệ gan. Cacbon tetraclorua trên thực tế
không cháy ở các nhiệt độ thấp. Ở nhiệt độ cao trong khơng khí, nó tạo ra photgen (CCl 2O)
độc hại. Do khơng có liên kết C-H, cacbon tetraclorua không dễ dàng tham gia các phản ứng
gốc tự do. Vì thế nó là dung mơi hữu ích trong các phản ứng halogen hóa bằng các halogen
nguyên tố hay bằng các chất phản ứng như n-bromosuccinimid.
Aceton có cơng thức phân tử: CH3 –CO-CH3,khối lượng phân tử:58 đvC. Là chất
lỏng khơng màu,có mùi đặc trưng,tan nhiều trong nước.
Aceton (bắt nguồn từ từ tiếng Pháp acétone /asetɔn/), còn được viết là a-xê-tơn, là
hợp chất hữu cơ, có cơng thức là (CH3)2CO. Aceton là một chất lỏng dễ cháy, không màu
và là dạng keton đơn giản nhất. Aceton tan trong nước,dễ bay hơi và là dung môi chủ yếu
dùng để làm sạch trong phịng thí nghiệm, đồng thời là một chất dùng để tổng hợp các chất
hữu cơ và còn được sử dụng trong các thành phần hoạt chất của sơn móng tay. 6,7 triệu tấn
aceton được sản xuất trên toàn thế giới trong năm 2010, chủ yếu sử dụng làm dung môi và
sản xuất methyl metacrylat và bisphenol. Aceton được sản xuất và thải ra trong cơ thể người

thơng qua q trình trao đổi chất và thường có trong máu và nước tiểu. Thử nghiệm độc tính
sinh sản cho thấy rằng nó có tiềm năng thấp gây ra vấn đề sinh sản. Phụ nữ mang thai và cho
con bú, trẻ em và những người mắc bệnh tiểu đường tiết nhiều aceton hơn những người
khác. Đồng thời, khẩu phần ăn nhiều chứa nhiều keton làm tăng hàm lượng aceton, giúp trẻ
sơ sinh và trẻ nhỏ giảm những cơn động kinh nếu mắc bệnh động kinh đề kháng.
Aceton được sản xuất trực tiếp hoặc gián tiếp từ propen. Khoảng 83% aceton được
sản xuất thơng qua phương pháp Cumen, và vì sản phẩm từ phương pháp này mà sản xuất
aceton luôn gắn liền với sản xuất phenol. Phương pháp Cumen gồm việc alkyl hoá benzen
với propen, sinh ra isopropylbenzene, được oxi hoá, sinh ra aceton và phenol.


Aceton còn được sản xuất trực tiếp bằng cách oxi hay hydro hoá propen, sinh ra 2propanol (isopropanol), và khi oxi hố isopropanol sẽ được aceton.

Ngồi ra, vì aceton là sản phẩm phụ của q trình lên men, nên đơi khi cũng được sản
xuất dưới dạng sản phẩm phụ của cơng nghiệp chưng cất.
Aceton là thành phần chính trong các chất tẩy rửa sơn móng tay, chất tẩy keo siêu
dính và chất tẩy cho đồ gốm sứ, thủy tinh. Nghệ sĩ trang điểm dùng chất này để tẩy keo dán
tóc giả và ria mép bằng cách ngâm vào aceton lỏng, sau đó dùng chải đi phần keo cịn dư.

Aceton cịn được sử dụng trong việc in ấn nghệ thuật. Sau khi đổ một lượng vừa phải
vào mặt sau của tấm ảnh được đặt úp xuống một bề mặt khác và chà, cào trên mặt sau một
thời gian, mực của tấm ảnh ban đầu sẽ chuyển xuống bề mặt ấy.
* Một số thông số vật lý của axeton:
-Nhiệt độ sôi:56,1o
-Nhiệt độ nóng chảy:-94,6o C
-Nhiệt dung riêng(Cp):22Kcal/mol(chuẩn ở 1020 C)
-Độ nhớt ():0,316 cp(ở 25o C)
- Nhiệt trị : 0.5176 cal/g ( ở 200 C)
Axeton là một dung môi tốt cho nhiều chất hữu cơ aceton làm dung môi tốt đối với
các nitro xeluloza, acetyl xenluloza. Nó ít độc nên được dùng làm dung mơi cả trong cơng

nghiệp dược phẩm và thực phẩm.,nó được sử dụng để tổng hợp nhiều chất hưu cơ phần lớn
được dùng làm dung môi nhất là trong công nghiệp sản xuất nhựa, vecni, chất dẻo và nhiều
sản phẩm tiêu dùng
* Tính chất hóa học đặc trưng của axeton:
Phản ứng chính của axeton chủ yếu vào nhóm cacbonyl(-CO-), ngồi ra cịn có phản
ứng thế vào nhóm -CH3 . Dưới đây là một số ví dụ cụ thể:


-phản ứng ở nhóm –CO- : Axeton rất nghèo phản ứng, Xeton có phản ứng khử
giống andehit nhưng tạo ra ancol bậc II:
CH3-CO-CH3 + H2 --> CH3-CH(OH)-CH3
Xeton khó bị oxi hóa vì các gốc hidrocacbon đã cản trở khơng gian.Tuy nhiên nó
có thể bị oxi hóa bởi dung dich thuốc tím đun nóng với axit sunfuric tạo ra hỗn hợp các axit
cacboxylic.
Phản ứng ở gốc hidrocacbon:
CH3-CO-CH3 + Br2 --> CH3-CO-CH2Br + HBr.
Lưu ý:Phản ứng trên xảy ra khi dùng brom khan và có xúc tác axit axetic đun nóng
* Các phương pháp điều chế axeton:
1-oxi hóa hidrocacbon:khi đốt cháy chậm n-ankan ở pha khí ta có thể thu được
axeton
2-oxi hóa ancol:đây là phương pháp quan trọng nhất để điều chế hợp chất cacbonyl
VD: CH3-CH(OH)-CH3 → CH3 –CO-CH3 +H2O
Propal-2-ol

Axeton

3-oxi hóa cumen(chỉ riêng đối với của axeton)
C6H5-CH(CH3)2 +O2 → CH3 –CO-CH3 +C6H5-OH
C3H6O-CCl4 Aceton và Cacbontetraclorua trong công nghiệp hữu cơ ở dạng hỗn hợp
là một trong những sản phẩm của ngành công nghiệp tổng hợp hữu cơ. Chúng được sử dụng

rộng rãi trong cơng nghiệp hố học nói chung cũng như cơng nghiệp hữu cơ nói riêng như
trong cơng nghiệp hố dầu, dược phẩm, phẩm nhuộm,…

3. SƠ ĐỒ VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT
3.1.

Sơ đồ dây chuyền công nghệ

Hỗn hợp đầu vào ở nhiệt độ sơi.
Tháp loại: tháp chóp


Năng suất tính theo hỗn hợp đầu: 5,0 kg/s
Nồng độ theo cấu tử dễ bay hơi trong:
Hỗn hợp đầu:

36 % khối lượng

Sản phẩm đỉnh: 60 % khối lượng
Sản phẩm đáy:

0,5

% khối lượng

Trong đó:
Thùng chứa hỗn hợp đầu

6- Thiết bị ngưng tụ hồi lưu

Bơm

7- Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh

Thùng cao vị

8- Thùng chứa sản phẩm đỉnh

Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu

9- Thiết bị gia nhiệt đáy tháp

Tháp chưng luyện

10- Thùng chứa sản phẩm đáy


11- Lưu lượng kế
3.2. Thuyết minh dây chuyền
Nguyên liệu đầu được chứa trong thùng chứa (2) và được bơm (12) bơm lên
thùng cao vị (1).Hỗn hợp đầu từ thùng cao vị tự chảy xuống thiết bị đun sôi hỗn hợp
đầu (3). lưu lượng được khống chế bằng cách điều chỉnh hệ thống van và lưu lượng
kế (4) hơi nước bão hịa từ nồi hơi vào đun sơi hỗn hợp đầu đến nhiệt độ sôi sau khi
đạt tới nhiệt độ sôi hỗn hợp này được đưa vào đĩa tiếp liệu của tháp chưng luyện (5)
loại đệm.Trong tháp hơi đi từ dưới lên tiếp xúc trực tiếp với lỏng chảy từ trên xuống,
tại đây xảy ra quá trình bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần. Theo chiều cao của tháp, càng
lên cao thì nhiệt độ càng thấp nên khi hơi đi qua các tầng đệm từ dưới lên , cấu tử có
nhiệt độ sơi cao sẽ ngưng tụ.Q trình tiếp xúc lỏng hơi trong tháp diễn ra liên tục làm
cho trong pha hơi càng giầu cấu tử dễ bay hơi.Cuối cùng trên đỉnh tháp ta sẽ thu được
hầu hết là cấu tử dễ bay hơi (cụ thể ở đây là Metylic) và một phần cấu tử khó bay hơi

(Etylic). Hỗn hợp hơi này được đưa vào thiết bị ngưng tụ (6) và tại đây nó được
ngưng tụ hồn tồn (tác nhân là nước lạnh). Một phần chất lỏng sau khi ngưng tụ
được đưa hồi lưu trở về tháp chưng luyện và cũng được khống chế bằng lưu lượng kế
, phần còn lại đạt yêu cầu sẽ được đưa vào thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh đến nhiệt
độ cần thiết sau đó được đưa vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (8).
Chất lỏng hồi lưu đi từ trên xuống dưới, gặp hơi có nhiệt độ cao đi từ dưới lên,
một phần cấu tử có nhiệt độ cao tiếp tục ngưng tụ thành lỏng đi xuống.Do đó nồng độ
cấu tử khó bay hơi trong pha lỏng ngày càng nhiều , cuối cùng ở đáy tháp ta thu được
hỗn hợp lỏng gồm hầu hết là cấu tử khó bay hơi (etylic) và một phần rất ít cấu tử dễ
bay hơi (Meylic),hỗn hợp lỏng được đưa ra khỏi đáy tháp qua thiết bị phân dòng, một
phần được đưa ra thùng chứa sản phẩm đáy (9) , một phần được đưa vào thiết bị đun
sôi đáy tháp (10) và một phần được hồi lưu trở lại đáy tháp.Thiết bị này có tác dụng
đun sơi tuần hồn và bốc hơi sản phẩm đáy (tạo dòng hơi đi từ dưới lên trong tháp).
Nước ngưng của thiết bị gia nhiệt được tháo qua thiết bị tháo nước ngưng ( 11),Tháp
chưng luyện làm việc ở chế độ liên tục, hỗn hợp đầu vào và sản phẩm được lấy ra liên
tục.
Chế độ thuỷ động của tháp đệm
Trong tháp đệm có 3 chế độ thủy động là chế độ chảy dòng, chế độ q độ và
chế độ chảy xốy.
Khi vận tốc khí bé lực hút phân tử lớn hơn và vượt lực ỳ. Lúc này quá trình
chuyển khối được xác định bằng dòng khuếch tán phân tử. Tăng vận tốc lực lỳ trở lên


cân bằng với lực hút phân tử. Quá trình chuyển khối lúc này không chỉ được quyết
định bằng khuếch tán phân tử mà cả bằng cả khuếch tán đối lưu. Chế độ thủy động
này gọi là chế độ quá độ. Nếu ta tiếp tục tăng vận tốc khí lên nữa thì chế độ q độ
chuyển sang chế độ chảy xốy. Trong giai đoạn này quá trình khuếch tán sẽ được
quyết định bằng khuếch tán đối lưu.
Nếu ta tăng vận tốc khí lên đến một giới hạn nào đó thì sẽ xảy ra hiện tượng
đảo pha. Lúc này chất lỏng sẽ chiếm toàn bộ chiều cao tháp và trở thành pha liên tục,

cịn pha khí khuếch tán vào trong pha lỏng và trở thành pha phân tán. Vận tốc khí ứng
với thời điểm này gọi là vận tốc đảo pha. Khí sục vào lỏng và tạo thành bọt khí vì thế
trong giai đoạn này chế độ làm việc trong tháp gọi là chế độ sủi bọt. Ở chế độ này vận
tốc chuyển khối nhanh đồng thời trở lực cũng tăng nhanh.
Trong thực tế, ta thường cho tháp đệm làm việc ở chế độ màng có vận tốc nhỏ
hơn vận tốc đảo pha một ít vì q trình chuyển khối trong giai đoạn sủi bọt là mạnh
nhất nhưng vì giai đoạn đó khó khống chế q trình làm việc.
Ưu điểm của của tháp đệm :
•

Hiệu suất cao vì bề mặt tiếp xúc pha lớn

•

Cấu tạo tháp đơn giản

•

Trở lực trong tháp khơng lớn lắm

•

Giới hạn làm việc tương đối rộng

Nhược điểm :
•

Khó làm ướt đều đệm

•

Tháp cao q thì phân phối chất lỏng khơng đều

4. TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH
4.1. Kí hiệu các đại lượng như sau:
F: Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu. F = 5 kg/s = 18000 kg/h
Thiết bị làm việc ở áp suất thường
Tháp chưng loại: tháp chóp


aF: Nồng độ CCl4 trong hỗn hợp đầu = 0,36(phần khối lượng)
aP: Nồng độ CCl4 trong sản phẩm đỉnh = 0,6(phần khối lưọng)
aW: Nồng độ CCl4 trong sản phẩm đáy = 0,005(phần khối lượng)
MA: Khối lượng phân tử của C3H6O= 58(kg/kmol)
MB: Khối lượng phân tử của CCl4 = 154(kg/kmol)
+ Theo phương trình cân bằng vật liệu cho tồn tháp:
F=P+W
+ Phương trình cân bằng vật liệu cho riêng cấu tử dễ bay hơi
F. aF = P. aP + W. aW
Lượng sản phẩm đáy:

0,6−0 ,36
W = F. \f(a-a,a-a = 18000. 0,6−0.005 = 7260,5 (kg/h)
Lượng sản phẩm đỉnh:
P = F - W = 18000 – 7260,5= 10739,5 (kg/h)
+ Đổi nồng độ phần khối lượng sang phần mol
Áp dụng công thức:
aA

x=

MA
aA
aE
+
MA ME

aF

→ xF =

MA
a F 1−a F
+
MA
MB

8 phần mol

0,36
58
1−0,36
+
¿
58 ¿ 154
0,36¿
¿
=
= 0,5990

aP

0,6
MA
154
=
aP 1−a P 0,6 1−0,6
+
+
154 58
M
M
B
xP = A
= 0,7993 phần mol
aƯW

xW =

MA
aƯW 1− aƯW
+
MA
MB

0 , 005
58
0 , 005 1−0 , 005
+

154
= 58
= 0,0132 phần mol

Đổi lượng F , P , W ra (kmol/h):

18000
F’ = \f(F, = 0,5987 .58+(1−0,5987).153 ,82 = 288,8009 (kmol/h)
10739 ,5
P’ = \f(P, = 0,7991.58+(1−0,7991 ).153,82 = 139,0222 (kmol/h)
7260 ,5
W’ = \f(W, = 0,0132.58+(1−0,0132).153,82 = 47,5926 (kmol/h)

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 Axêtôn - CCl4
(Bảng IX. 2b_ 150_STQTTB tập II)
X
%
Y
%
T
0

C

0
0
4

1
1,2

2

3

4

5

3,45 8,25 9,35 1,5
3

3

4
7

4

8,77 0,58 6,8

5

6

7,45 3,7
3

3

7

7

7

5,55 1,65 6,75 8,8
6

4,3
3

6
7

7

3,35 6,7
8

3

4,33 3,36 3,12 2,21 1,9

8
0,3

3

6,5

8

1,9
3

8

9

0,85 3,4
8

7,6
3

9
9

4,4
9

1,35 3,6
3

3

1,53 1,52 1,33 1,28 1,27

9
4,6

9
4,5

3

9
9
4,65

-

-


Với giá trị xF = 0,5990 ta dóng lên đường cân bằng → yF* = 0,6935
Chỉ số hồi lưu tối thiểu của tháp chưng luyện Rmin :
¿

x P− y F

0,7991−0, 6932
y −x F = 0,6932−0, 5987 = 1,1196
Rmin = F
¿

+ β = 1,2 → R = 1,344. Phương trình đoạn luyện :


→ Số đĩa lý thuyết N = 14

β = 1,4 → R = 1,567. Phương trình đoạn luyện :

→ Số đĩa lý thuyết N = 12


β = 1,6 → R = 1,791. Phương trình đoạn luyện :

→ Số đĩa lý thuyết N = 11


β = 1,8 → R = 2,015. Phương trình đoạn luyện :

→ Số đĩa lý thuyết N = 10


β = 2,0 → R = 2,239. Phương trình đoạn luyện :

→ Số đĩa lý thuyết N = 10