Đồ án quá trình thiết bị thiết kế hệ thống chưng cất mâm xuyên lỗ methanolnước

Trường ĐH Cơng Nghiệp Thực Phẩm Hồ Chí Minh – Khoa Cơng Nghệ Hóa Hoc

BỘ CƠNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC


ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT HỆ MÂM XUYÊN LỖ HỖN
HỢP ACETONE-NƯỚC NHẬP LIỆU 1200 KG/H
GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Hiền
SVTH: Võ Gia Huy
LỚP: 11DHHH2
MSSV: 2004200073

TP.HCM, Tháng 06 năm 2023


Trường ĐH Cơng Nghiệp Thực Phẩm Hồ Chí Minh – Khoa Cơng Nghệ Hóa Hoc

BỘ CƠNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC


ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT HỆ MÂM XUYÊN LỖ HỖN
HỢP METHANOL-NƯỚC NHẬP LIỆU 1200 KG/H
GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Hiền

SVTH: Võ Gia Huy
LỚP: 11DHHH2
MSSV: 200400073

TP.HCM, Tháng 06 năm 2023


TRƯỜNG ĐHCNTHỰC PHẨM TP.HCM
Khoa: CƠNG NGHỆ HĨA HỌC

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
Họ và tên sinh viên: Võ Gia Huy
MSSV: 2004200073
Lớp: 11DHHH2
Ngành: Cơng nghệ Hóa học
I. Đầu đề (Tên đồ án)
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
II. Nhiệm vụ (nội dung yêu cầu và số liệu ban đầu):
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
III. Nội dung các phần thuyết minh báo cáo:
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................

.....................................................................................................................................
IV. Ngày giao:............................................................................................................
V. Ngày hồn thành:..................................................................................................
VI. Ngày nộp:.............................................................................................................
Tp.HCM, ngày…tháng …năm 2020
TRƯỞNG BỘ MƠN
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên)
(Ký và ghi rõ họ tên)

GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Hiền

Trang


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM
TP. HỒ CHÍ MINH

ĐƠN VỊ : KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC
BỘ MƠN: QTTB&DK

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN
MƠN HỌC: Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CNHH
Sinh viên thực hiện đồ án:
Võ Gia Huy

Ký tên:………………

Cán Bộ hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Hiền
Tên đồ án:

THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT HỆ MÂM XUYÊN LỖ HỖN HỢP
METHANOL-NƯỚC NHẬP LIỆU 1200 KG/H

STT

Ngày

Nội dung hướng dẫn

01

Tổng hợp tài liệu

02

Tổng quan và cân bằng vật chất

03

Viết phương trình làm việc-Tính số
mâm lý thuyết và thực tế

04

Tính đường kính thiết bị

04

Tính chiều cao thiết bị

06

Tính cân bằng năng lượng

07

Vẽ sơ đồ cơng nghệ-tính thiết bị phụ

08

Tính cơ khí

09

Vẽ sơ đồ chi tiết

GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Hiền

CBHD ký tên

Trang


10

Hồn thiện bài

11

Trình bày sơ đồ

12
13
14
15
16
17
18
19
20

GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Hiền

Trang


LỜI MỞ ĐẦU
Trong thời đại công nghiệp phát triển như hiện nay, nước ta nói riêng và tồn thế
giới nói chung càng ngày càng chú trọng sức mạnh của các ngành cơng nghiệp có tiềm
năng lớn. Đặt biệt là ngành cơng nghiệp hóa chất cơ bản. Hiện nay, trong nhiều ngành
sản xuất cũng như sử dụng sản phẩm hóa học, nhu cầu sử dụng nguyên liệu hoặc sản
phẩm có độ tinh khiết cao phải phù hợp với quy trình sản xuất và mục đích sử dụng
Ngày nay, có rất nhiều biện pháp để nâng cao độ tinh khiết như chưng cất, trích
ly, cơ đặc, hấp thu,…Tùy theo đặt tính và nhu cầu sử dụng mà ta có sự lựa chọn
phương pháp thích hợp. Đối với hệ methanol-nước do khơng có điểm đẳng phí nên có
thể đạt được bất kỳ độ tinh khiết theo yêu cầu nhờ quá trình chưng cất
Đồ án mơn học Qúa Trình và Thiết Bị là một mơn học mang tính tổng hợp trong
q trình học tập của các kỹ sư hóa - thực phẩm tương lai. Mơn học giúp sinh viên giải
quyết nhiệm vụ tính tốn cụ thể về yêu cầu công nghê, kết cấu, giá thành của một thiết

bị trong sản xuất hóa chất thực phẩm. Qua đó giúp sinh viên thành thạo hơn trong cách
vận hành máy móc ngồi thực tế. Đây là bước đầu tiên để sinh viên có thể 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 môn học là thiết kế tháp chưng cất hệ Methanol-Nước hoạt
động liên tục với năng suất nhập liệu: 1200 kg/h có nồng độ nhập liệu 30% theo khối
lượng, nồng độ sản phẩm đỉnh 93% theo khối lượng, nồng độ sản phẩm đáy 2% theo
khối lượng.

GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Hiền

Trang


LỜI CÁM ƠN
Sau một thời gian được học tập tại trường và được sự hướng dẫn tận tình của
các giáo viên bộ mơn trong khoa Cơng nghệ Hóa Học, em đã hồn thành chương trình
bộ mơn Qúa trình và thiết bị và đã có tích lũy được vốn kiến thức nhất định. Được sự
đồng ý của khoa và giáo viên hướng dẫn, em chính thức nhận đề tài đồ án “Thiết kế
tháp chưng cất Methanol-Nước 1200kg nhập liệu/giờ”.
Đồ án chưng cất của em gồm 7 nội dung chính:
Chương 1: Tổng quan về chưng cất
Chương 2: Quy trình cơng nghệ
Chương 3: Cân bằng vật chất
Chương 4: Cân bằng năng lượng
Chương 5: Tính tốn thiết bị chính
Chương 6:Tính tốn cơ khí tháp
Chương 7: Tính tốn thiết bị phụ
Bằng sự cố gắng của bản thân và sự giúp đỡ tận tình của cơ Nguyễn Thị Thanh Hiền
mà em đã hoàn thành đồ án đúng hạn.

Vì thời gian có giới hạn nên chắc chắn trong q trình hồn thành đồ án khơng thể
khơng có những sai sót nhất định . Em rất mong được sự góp ý của thầy cơ bộ mơn và
giáo viên phản biện.
Em xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Thị Thanh Hiền đã đồng hành cùng em trong
suốt thời gian qua đồng thời em xin cảm ơn toàn thể giáo viên bộ mơn đã tạo điều kiện
cho chúng em có thể học hỏi nhiều kinh nghiệm thực tiễn hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Hiền

Trang


NHẬN XÉT ĐỒ ÁN CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Sinh viên thực hiện: Võ Gia Huy
Nhận xét:

MSSV: 2004200073

............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................

Điểm đánh giá:
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................

Tp. HCM, ngày …. tháng …. năm 2021
Giáo viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)

GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Hiền

Trang


NHẬN XÉT ĐỒ ÁN CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Sinh viên thực hiện: Võ Gia Huy
Nhận xét:

MSSV: 2004200073

............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................

Điểm đánh giá:
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................

Tp. HCM, ngày …. tháng …. năm 2021
Giáo viên phản biện
(Ký và ghi rõ họ tên)

GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Hiền

Trang


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 6. 1 Thơng số bích...............................................................................................30
Bảng 6. 2Thơng số mặt bích ghép ống dẫn nhập liệu...................................................31
Bảng 6. 3Thơng số các bích ghép ống dẫn nhập hồn lưu............................................32
Bảng 6. 4 Thống số mặt bích ống dẫn hơi ở đỉnh tháp.................................................33
Bảng 6. 5Thống số mặt bích ống dẫn hơi.....................................................................33
Bảng 6. 6 Thơng số của bích ghép ống dẫn lỏng ra khỏi đáy tháp................................34
Bảng 6. 7 Kích thước của chân đỡ................................................................................35

GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Hiền

Trang


GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Hiền

Trang

DANH SÁCH HÌNH Ả
Hình 1. 1 Đồ thị cân bằng x-y hệ Methanol-nước...........................................................5
YHình 6. 1Đáy và nắp dạng ellipise tiêu chuẩn............................................................29

GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Hiền

Trang


MỤCC LỤCC
PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ.............................................................................I
LỜI MỞ ĐẦU........................................................................................................................................................IV
LỜI CÁM ƠN..........................................................................................................................................................V
NHẬN XÉT ĐỒ ÁN CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN....................................................................................VI
NHẬN XÉT ĐỒ ÁN CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN.....................................................................................VII
DANH MỤC BẢNG BIỂU................................................................................................................................VIII
DANH SÁCH HÌNH ẢNH....................................................................................................................................IX
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN....................................................................................................................................1

1.1

KHÁI NIỆM VỀ CHƯNG CẤT................................................................................1

1.1.1.
1.1.2.
1.1.3.

1.2.

GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU.............................................................................2

1.2.1.
1.2.2.

1.3.
1.4.

Khái niệm........................................................................................................................................1
Phương pháp chưng cất.................................................................................................................1
Thiết bị chưng cất...........................................................................................................................1
Khái niệm methanol.......................................................................................................................2
Ứng dụng methanol........................................................................................................................3

GIỚI THIỆU SƠ BỘ NƯỚC....................................................................................3
HỖN HỢP METHANOL–NƯỚC..............................................................................3

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ................................................................................................... 5

2.1.
2.2.
2.3.

CÔNG NGHỆ CHƯNG CẤT METHANOL-NƯỚC.....................................................5
CHỌN LOẠI THÁP CHƯNG CẤT VÀ PHƯƠNG PHÁP CHƯNG CẤT..........................5
THUYẾT MINH NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC, SƠ ĐỒ QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ...............5

2.3.1.
2.3.2.

Sơ đồ quy trình cơng nghệ (đính kèm):.........................................................................................5
Thuyết minh quy trình cơng nghệ.................................................................................................5

CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT........................................................................................................ 6

3.1.
3.2.
3.3.
3.4.

THƠNG SỐ BAN ĐẦU...........................................................................................6
CÂN BẰNG VẬT CHẤT..........................................................................................7
PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC SỐ MÂM LÝ THUYẾT....................................8
XÁC ĐỊNH SỐ MÂM LÝ THUYẾT VÀ SỐ MÂM THỰC..............................................9

3.4.1.
3.4.2.

Số mâm lý thuyết............................................................................................................................9
Xác định số mâm thực tế..............................................................................................................10

3.4.3.
3.4.4.

Xác định hiệu suất trung bình của tháp(ηtbtb )............................................................................10
Số mâm thực tế của tháp (NTT)....................................................................................................11

CHƯƠNG 4: CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG................................................................................................ 11

4.1
4.2

CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CỦA THIẾT BỊ ĐUN NĨNG DỊNG NHẬP LIỆU............11
CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CỦA THÁP CHƯNG CẤT............................................12

GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Hiền

Trang


4.3
4.4
4.5

CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CỦA THIẾT BỊ NGƯNG TỤ........................................15
CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CỦA THIẾT BỊ LÀM LẠNH SẢN PHẨM ĐỈNH..............15
CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG NỒI ĐUN SẢN PHẨM ĐÁY.........................................16

CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH........................................................................................... 17

5.1.

ĐƯỜNG KÍNH THÁP...........................................................................................17

5.1.1.
5.1.2.

5.2.

CHIỀU CAO THÁP CHƯNG CẤT..........................................................................21

5.2.1.
5.2.2.

5.3.

Đường kính đoạn cất....................................................................................................................17
Đường kính đoạn chưng..............................................................................................................19
Chiều cao của tháp.......................................................................................................................21
Chiều cao đáy và nắp thiết bị.......................................................................................................22

MÂM LỖ -TRỞ LỰC THÁP..................................................................................22

5.3.1.
5.3.2.
5.3.3.
5.3.4.
5.3.5.
5.3.6.

Cấu tạo mâm lỗ.............................................................................................................................22
Trở lực đĩa khô.............................................................................................................................22
Trở lực do sức căng bề mặt..........................................................................................................23
Trở lực thuỷ tỉnh do chất lỏng trên đĩa tạo ra.............................................................................23
Tổng trở thuỷ lực của tháp..........................................................................................................25
Kiểm tra hoạt động của mâm.......................................................................................................26

CHƯƠNG 6: TÍNH TỐN CƠ KHÍ THÁP................................................................................................ 27

6.1
6.2
6.3.
6.4.
6.5.

BỀ DÀY THÂN THÁP..........................................................................................27
BỀ DÀY NẮP VÀ ĐÁY THIẾT BỊ..........................................................................28
BÍCH GHÉP THÂN, ĐÁY VÀ NẮP........................................................................29
ĐƯỜNG KÍNH CÁC ỐNG DẪN – BÍCH GHÉP CÁC ỐNG DẪN................................29
TÍNH CHI TIẾT ỐNG DẪN..................................................................................30

6.5.1.
6.5.2.
6.5.3.
6.5.4.
6.5.5.

6.6.

qỐng nhập liệu.............................................................................................................................30
Ống hồn lưu................................................................................................................................30
Ống hơi ở đỉnh tháp.....................................................................................................................31
Ống dẫn hơi ở đáy........................................................................................................................32
Ống dẫn lỏng ra khỏi đáy tháp....................................................................................................32

CHÂN ĐỠ...........................................................................................................33

6.6.1.
6.6.2.

Tính trọng lượng của tồn tháp..................................................................................................33
Chân đỡ tháp và tai treo...............................................................................................................34

CHƯƠNG 7: CÁC THIẾT BỊ PHỤ............................................................................................................ 34

7.1.

CÁC THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT...........................................................................34

7.1.1.
7.1.2.
7.1.3.

7.2.

THIẾT BỊ LÀM NGUỘI SẢN PHẨM ĐỈNH:...........................................................38

7.2.1.
7.2.2.

7.3.

Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh:...............................................................................................34
Xác định hệ số truyền nhiệt:........................................................................................................35
Xác định bề mặt truyền nhiệt cấu tạo thiết bị:...........................................................................37
Xác định hệ số truyền nhiệt:........................................................................................................38
Xác định bề mặt truyền nhiệt:.....................................................................................................41

NỒI ĐUN GIA NHIỆT SẢN PHẨM ĐÁY:...............................................................41

GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Hiền

Trang


7.3.1.
7.3.2.

7.4.

THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT GIỮA NHẬP LIỆU VÀ SẢN PHẨM ĐÁY:....................43

7.4.1.
7.4.2.

7.5.

Xác định hệ số truyền nhiệt:........................................................................................................44
Xác định bề mặt truyền nhiệt:.....................................................................................................46

THIẾT GIA NHIỆT NHẬP LIỆU:..........................................................................47

7.5.1.
7.5.2.

7.6.

Xác định hệ số truyền nhiệt:........................................................................................................41
Xác định bề mặt truyền nhiệt:.....................................................................................................43

Xác định hệ số truyền nhiệt :.......................................................................................................47
Xác định bề mặt truyền nhiệt:.....................................................................................................49

BƠMM..................................................................................................................50

Năng suất:t:.....................................................................................................................................................50
KẾT LUẬN................................................................................................................................................. 51
VỚI HỆ THỐNG CHƯNG CẤT METHANOL – NƯỚC DÙNG THÁP MÂM XUYÊN LỖ NHƯ ĐÃ
THIẾT KẾ, TA THẤY BÊN CẠNH NHỮNG ƯU ĐIỂM CŨNG CỊN CĨ NHIỀU NHƯỢC ĐIỂM.
THIẾT BỊ CĨ ƯU ĐIỂM LÀ NĂNG SUẤT VÀ HIỆU SUẤT CAO NHƯNG THIẾT BỊ CỊN RẤT CỒNG
KỀNH, ĐỊI HỎI PHẢI CĨ SỰ VẬN HÀNH VỚI ĐỘ CHÍNH XÁC CAO. BÊN CẠNH ĐĨ, KHI VẬN
HÀNH THIẾT BỊ NÀY TA CŨNG PHẢI HẾT SỨC CHÚ Ý ĐẾN VẤN ĐỀ AN TOÀN LAO ĐỘNG ĐỂ
TRÁNH MỌI RỦI RO CÓ THỂ XẢY RA, GÂY THIỆT HẠI VỀ NGƯỜI VÀ CỦA................................51
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................................... 52

GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Hiền

Trang


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1
Khái niệm về chưng cất
1.1.1. Khái niệm
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 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 và ngưng tụ, trong đó vật chất đi từ pha lỏng vào pha hơi và ngược
lại.

Qúa trình chưng cất là quá trình mà trong đó cả dung mơi và chất tan đều bay hơi
sản phẩm đỉnh gồm có chủ yếu là các cấu tử dễ bay hơi và một phần rất ít cấu tử có độ
bay hơi thấp hơn, sản phẩm đáy bao gồm chủ yếu là các cấu tử có độ bay hơi nhỏ và
một phần rất nhỏ cấu tử dễ bay hơi hơn.
1.1.2. Phương pháp chưng cất
Chưng cất ở áp suất thấp: dùng cho các hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao
hoặc hỗn hợp có nhiệt độ sơi q cao.
Chưng cất ở áp suất cao: dùng cho các hỗn hợp khơng hóa lỏng ở áp suất thường.
Theo ngun lý làm việc
Chưng cất đơn giản: dùng để tách các hỗn hợp gồm nhiều cấu tử có độ bay hơi rất
khác và khơng u cầu sản phẩm có độ tinh khiết cao.
Chưng cất bằng hơi nước trực tiếp: dùng để tách các hỗn hợp gồm các chất khó
bay hơi và tạp chất không bay hơi.
Chưng cất là phương pháp đơn giản để tách gần như hoàn toàn các hỗn hợp cấu
tử dễ bay hơi có tính chất hồn tan một phần hoặc hịa tan hồn tồn vào nhau.
1.1.3. 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 diện 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 trịn, xupap, chữ s…
- 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.

GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Hiền

Trang


Tháp chêm

Tháp mâm xuyên
lỗ

Tháp mâm
chóp

- Cấu tạo khá đơn giản.
- Trở lực tương
- Khá ổn
- Trở lực thấp.
đối thấp.
định.
Ưu điểm
- Làm việc được với
- Hiệu suất khá
- Hiệu suất
chất lỏng bẩn nếu dùng đệm
cao.
cao.
cầu có    của chất lỏng.
- Do có hiệu ứng thành
 hiệu suất truyền khối thấp.

- Độ ổn định khơng cao,
- Có trở lực
- Khơng làm việc
khó vận hành.
lớn.
Nhược
được với chất lỏng bẩn.
- Do có hiệu ứng thành
- Tiêu tốn
điểm
- Kết cấu khá
 khi tăng năng suất thì hiệu
nhiều vật tư, kết
phức tạp.
ứng thành tăng  khó tăng
cấu phức tạp.
năng suất.
- Thiết bị khá nặng nề.
1.2. Giới thiệu về nguyên liệu
1.2.1. Khái niệm methanol
Cũng được gọi là rượu methylic, alcohol methylic, alcohol gỗ, naphtha gỗ hay rượu
mạnh gỗ, là một hợp chất hóa học với công thức phân tử CH3OH hay CH4O (thường
viết tắt MeOH). Đây là rượu đơn giản nhất, nhẹ, dễ bay hơi, không màu, dễ cháy chất
lỏng với một mùi đặc trưng, rất giống, nhưng hơi ngọt hơn ethanol (rượu uống). Ở
nhiệt độ phịng, nó là một chất lỏng phân cực, và được sử dụng như một chất chống
đông, dung môi, nhiên liệu, và như là một chất làm biến tính cho ethanol. Nó cũng
được sử dụng để sản xuất diesel sinh học thơng qua phản ứng xun este hóa.
Methanol là sản xuất tự nhiên trong q trình chuyển hóa nhiều loại vi khuẩn kỵ khí,
và là phổ biến trong mơi trường. Kết quả là, có một phần nhỏ của hơi methanol trong
bầu khí quyển. Trong suốt vài ngày, methanol khơng khí bị oxy hóa với sự hỗ trợ của

ánh sáng Mặt Trời để thành khí carbonic và nước.
Methanol để trong khơng khí, tạo thành carbon dioxide và nước:
2 CH3OH + 3 O2 → 2 CO2 + 4 H2O
Do có tính độc hại, methanol được dùng làm phụ gia biến tính cho ethanol trong sản
xuất công nghiệp. Methanol thường được gọi là "cồn gỗ" (wood alcohol) bởi vì
methanol là một sản phẩm phụ trong q trình chưng cất khơ sản phẩm gỗ.

GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Hiền

Trang


1.2.2. Ứng dụng methanol
Methanol là cồn công nghiệp, rất độc, uống lượng nhỏ gây mù mắt, nhiều hơn có thể tử
vong. Cồn methanol được điều chế từ gỗ nên còn được gọi là "cồn gỗ". Cồn dùng trong
phịng thí nghiệm là cồn cơng nghiệp có chứa nhiều methanol. Tuyệt đối không được
uống cồn công nghiệp hoặc dùng cồn công nghiệp thay rượu uống.
Khi uống vào, methanol gây tổn thương não, dây thần kinh thị giác, hoại tử não, tổn
thương nội tạng. Bình thường ở ngưỡng 20 mg/dl đã đe doạ tổn thương thần kinh.
-Tính chất vật lý
Cơng thức: CH3COOH
Nhiệt độ sôi: 64,7℃
Khối lượng riêng: 0,7918 g cm-3
Khối lượng phân tử: 32 g/mol
Tỷ trọng (so với nước) : 0,799 ÷ 0,8
Nhiệt độ nóng chảy: -97℃
1.3.

Giới thiệu sơ bộ Nước
Trong điều kiện bình thường nước là chất lỏng khơng màu khơng mùi khơng vị

nhưng khối nước dày sẽ có màu xanh nhạt khi hóa rắn có thể tồn tạo dưới 5 dạng tinh
thể khác nhau
Khối lượng phân tử: 18g/mol
Khối lượng riêng d: 1g/mol
Nhiệt độ nóng chảy: 0oC
Nhiệt độ sơi: 100oC
Nước là dung mơi phân cực mạnh có khả năng hịa tan nhiều chất và là dung môi
rất quan trọng trong kỹ thuật hóa học
1.4. Hỗn hợp methanol–nước
Thành phần cân bằng lỏng (x), hơi (y) tính bằng %mol và nhiệt độ sơi của hỗn
hợp hai cấu tử ở 760 mmHg (Methanol1 – nước):
Bảng 1. 1Số liệu cân bằng lỏng hơi của hệ Acetone – nước
x
y
t

0
0
100

5
10
20
30
40
50
60
70
80
90

100
26,8 41,8 57,9 66,5 72,9 77,9 82,5 87
91,5 95,8 100
92,3 87,7 81,7 78
75,3 73,1 71,2 69,3 67,6 66
64,5

GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Hiền

Trang


Đồ thị biễu diễn đường cân bằng
140

120

100

80

60

40

20

0

0

20

40

60

80

100

120

140

Hình 1. 1 Đồ thị cân bằng x-y hệ Methanol-nước

GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Hiền

Trang


CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ
2.1. Cơng nghệ chưng cất Methanol-Nước
Công nghệ chưng cất hỗn hợp Methanol –Nước
Methanol là chất lỏng tan vô hạn trong nước và nhiệt độ sôi là 64,7 ℃ ở 760mmHg,
nhiệt độ sôi của nước là 100℃ ở 760mmHg, nhiệt độ sôi của nước và Methanol là khá
cách xa nhau nên phương pháp hiệu quả để thu Methanol có độ tinh khiết cao là
phương pháp chưng cất.
Trong trường hợp này ta không thể sử dụng phương pháp cơ đặc vì các cấu tử đều có

khả năng bay hơi, và khơng sử dụng phương pháp trích ly cũng như hấp thụ do phải
đưa vào một pha mới để tách chúng, có thể làm cho q trình phức tạp hơn, hay q
trình tách khơng được hồn tồn.
Chưng cất là quá trình phân tách các hỗn hợp lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào
sự khác nhau về độ bay hơi của chúng (hay nhiệt độ sôi), 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.
2.2. Chọn loại tháp chưng cất và phương pháp chưng cất
Quá trình chưng cất được thực hiện dựa vào nhiều loại tháp có cấu tạo khác nhau. Tuy
nhiên, tùy vào mục đích, hiệu quả chưng cất và điều kiện không gian cũng như điều
kiện kinh tế mà ta lựa chọn loại tháp sao cho phù hợp. Qua quá trình nghiên cứu tìm
hiểu kỹ lưỡng em quyết định chọn tháp mâm xuyên lỗ cho qúa trình chưng cất
Methanol-Nước của mình.
Tháp mâm xun lỗ có nhưng ưu và nhược điểm như sau:
Chế tạo đơn giản
Vệ sinh dễ dàng
Trở lực thấp hơn tháp chóp
Ít tốn kim loại hơn tháp chóp
Methanol là chất lỏng tan vơ hạn trong nước và nhiệt độ sôi của nước và Methanol là
khá cách xa nhau. Tuy nhiên, trong trường hợp này không dùng phương pháp cơ đặc vì
cả hai cấu tử này đều có khả năng bay hơi và khơng sử dụng phương pháp trích ly cũng
như hấp thu do phải đưa vào 1 pha mới để trích chưng có thể làm cho q trình phức
tạp hơn, hay q trình tách khơng được hoàn toàn.
Do sản phẩm là Methanol với yêu cầu độ tinh khiết cao khi sử dụng cùng với hỗn hợp
Methanol - Nước là hỗn hợp khơng có điểm đẳng phí nên chọn phương pháp chưng cất
liên tục là hiệu quả nhất.
Vậy: Ta sử dụng tháp mâm xuyên lỗ để chưng cất hệ Methanol – Nước.
2.3. Thuyết minh nguyên lí làm việc, Sơ đồ qui trình cơng nghệ
2.3.1. Sơ đồ quy trình cơng nghệ (đính kèm):
2.3.2. Thuyết minh quy trình cơng nghệ

Hỗn hợp Methanol – nước có nồng độ Methanol 30% (theo phần khối lượng), nhiệt độ
khoảng 27oC tại bồn chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3). Sau
GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Hiền

Trang