THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC LOẠI THÁP ĐỆM PHÂN TÁCH HỖN HỢP BENZEN-TOLUEN

Trng H CN Vit Trỡ ỏn mụn hc
Khoa Cụng Nghờ Hoa Hoc QT va Thiờt bi hoa hoc
Bộ Công thơng
Trờng ĐH Công nghiệp việt trì
Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Đồ án môn học Quá trình thiết bị công nghệ hóa học
Số :
Họ và tên HS-SV : Nguyn Hi Ngc
Lớp : CH1 11 Khoá: 2011-2015
Khoa : Công nghệ Hoá
Giáo viên hớng dẫn : Nguyễn Tin Hng
Nội dung
Thiết kế tháp chng luyện liên tục loại tháp đệm để phân tách hỗn hợp benzen
- toluen.
Các số liệu ban đầu:
- Năng suất tính theo hỗn hợp đầu F = 7200 kg/h.
- Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong:
+ Hỗn hợp đầu: a
F
= 0,76 phần khối lợng.
+ Sản phẩm đỉnh: a
P
= 0,9 phần khối lợng.
+ Sản phẩm đáy: a
W
= 0,08 phần khối lợng.
- Tháp làm việc ở áp suất thờng
- Hỗn hợp đầu đợc gia nhiệt đến nhiệt độ sôi.
TT Tên bản vẽ Khổ giấy Số lợng
1

Bn v s cụng ngh .
A
3
01
2
Bn v lp trờn thit b trng
luyn.
A
0
01
GVHD : Nguyn Tin Hng lp: Ch1D11 [page]
Sinh viờn: Nguyn Hi Ngc email:
1
Trường ĐH CN Việt Trì Đồ án môn học
Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học
Lời Cảm Ơn !
Sau một thời gian cố gắng tìm, đọc, tra cứu một số tài liệu tham khảo, cùng với sự giúp đỡ tận
tình của thầy giáo Nguyễn Tiến Hưng, em đã hoàn thành nhiệm vụ thiết kế được giao. Quá trình
tiến hành này, em đã rút ra được một số nhận xét sau:
- Việc thiết kế và tính toán hệ thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục là việc làm phức tạp, tỉ
mỉ và lâu dài. Nó không những yêu cầu người thiết kế phải có những kiến thức thực sự sâu về
môn học các quá trình công nghệ thiết bị trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm mà còn phải
biết một số lĩnh vực khác như: các quy định trong bản vẽ kỹ thuật, TCVN…Các công thức tính
toán không còn gò bó như những môn học khác mà được mở rộng dựa trên các giả thiết về điều
kiện, chế độ làm việc của hệ thống. Bởi trong khi tính toán, người thiết kế đã tính toán đến một
số ảnh hưởng của điều kiện thực tế, nên khi đem vào hoạt động, hệ thống sẽ làm việc ổn định.
- Không chỉ có vậy, việc thiết kế đồ án môn học quá trình công nghệ và thiết bị này còn giúp
em củng cố thêm những kiến thức về dây truyền công nghệ trong thực tế nói riêng và các quá
trình khác nói chung: nâng cao kỹ năng tra cứu, tính toán, xử lý số liệu, biết trình bày theo văn
phong khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống. Việc thiết kế đồ án môn học là một

cơ hội cho sinh viên ngành công nghệ máy và thiết bị hóa chất và bản thân em làm quen với công
việc của một kỹ sư hóa.
Để hoàn thành nhiệm vụ thiết kế được giao, em xin chân thành cảm ơn cô thầy giáo Nguyễn
Tiến Hưng là người trực tiếp giúp đỡ, hướng dẫn em trong quá trình làm đồ án. Mặc dù đã cố
gắng để hoàn thành tốt nhiệm vụ, song do còn hạn chế về tài liệu, cũng như kinh nghiệm thực tế,
nên sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình thiết kế. Em kính mong được các
thầy cô xem xét và chỉ dẫn thêm để bản đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Phú thọ, ngày 26 tháng 05 năm 2014

Sinh viên thực hiện
Nguyễn Hải Ngọc
GVHD : Nguyễn Tiến Hưng lớp: Ch1D11 [page]
Sinh viên: Nguyễn Hải Ngọc email:
2
Trường ĐH CN Việt Trì Đồ án môn học
Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học
MôC LôC

GVHD : Nguyễn Tiến Hưng lớp: Ch1D11 [page]
Sinh viên: Nguyễn Hải Ngọc email:
3
Trường ĐH CN Việt Trì Đồ án môn học
Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học
A. PhÇn thuyÕt minh
LêI GIíI THIÖU
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nền công nghiệp đã
mang lại cho con người những lợi ích vô cùng to lớn về vật chất và tinh thần. Để
nâng cao đời sống nhân dân, để hòa nhập chung với sự phát triển chung của các
nước trong khu vực cũng như trên thế giới Đảng và Nhà nước ta đã đề ra mục tiêu

công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước.
Trong tiến trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước những ngành mũi
nhọn như công nghệ thông tin, công nghệ sinh học, công nghệ điện tử tự động
hóa…công nghệ hóa giữ vai trò quan trọng trong việc sản xuất các sản phẩm phục
vụ cho nền kinh tế quốc dân, tạo tiền đề cho nhiều ngành khác phát triển.
Khi kinh tế phát triển thì nhu cầu của con người ngày càng tăng. Do vậy các
sản phẩm cũng đòi hỏi cao hơn, đa dạng hơn, phong phú hơn, theo đó công nghệ
sản xuất cũng phải nâng cao. Trong công nghệ hóa học nói chung việc sử dụng hóa
chất có độ tinh khiết cao là yếu tố căn bản tạo ra sản phẩm có chất lượng cao. Có
nhiều phương pháp khác nhau để làm tăng nồng độ, độ tinh khiết như: chưng cất,
cô đặc, trích ly. Tùy vào tính chất của hệ mà ta lựa chọn phương pháp thích hợp.
GVHD : Nguyễn Tiến Hưng lớp: Ch1D11 [page]
Sinh viên: Nguyễn Hải Ngọc email:
4
Trng H CN Vit Trỡ ỏn mụn hc
Khoa Cụng Nghờ Hoa Hoc QT va Thiờt bi hoa hoc
Phn I : GIớI THIệU CHUNG
I. Lý thuyết về chng luyện:
1. Phơng pháp chng luyện:
Chng luyn l mt phng pháp nhm phân tích mt hn hp khí đã
hóa lng da trên bay hi tng i khác nhau gia các cu t thnh phn
cùng mt áp sut.
Phng pháp chng luyn ny l mt quá trình trong ó hn hp c bc
hi v ngng t nhiu ln. Kt qu cui cùng nh tháp ta thu c mt hn
hp gm hu ht các cu t d bay hi v nng t yêu cu. Phng pháp
chng luyn cho hiu sut phân tích cao, vì vy nó c s dng nhiu trong
thc t.
Da trên các phng pháp chng luyn liên tc, ngi ta a ra nhiu thit
b phân tích a dng nh tháp đệm, tháp a l không có ng chy truyn, tháp a
l có ng chy truyn, tháp chóp Cùng vi các thit b ta có các phơng pháp

chng ct l :
a. ỏp sut lm vic:
- Chng ct áp sut thp.
- Chng ct áp sut thng.
- Chng ct áp sut cao.
Nguyên tắc của phơng pháp này là dựa trên nhiệt độ sôi của các cấu tử: nu
nhit sôi ca các cu t quá cao thì gim áp sut lm vic gim nht
sôi ca các cu t.
b. Nguyên lý lm vic: c th lm vic theo nguyên lý liên tc hoc gián
on:
Chng gián on: phng pháp ny c s dng khi:

GVHD : Nguyn Tin Hng lp: Ch1D11 [page]
Sinh viờn: Nguyn Hi Ngc email:
5
Trng H CN Vit Trỡ ỏn mụn hc
Khoa Cụng Nghờ Hoa Hoc QT va Thiờt bi hoa hoc
Nhit sôi ca các cu t khác xa nhau.
Không cn òi hi sn phm có tinh khit cao
Tách hn hp lng ra khi tp cht không bay hi.
Tách s b hn hp nhiu cu t.
Chng liên tc: l quá trình c thc hin liên tc nghch
dòng v nhiu on
2. Thiết bị chng luyện
Trong sn xut thng s dng rt nhiu loi tháp khác nhau nhng chng
u có mt yêu cu c bn l din tích tip xúc b mt pha ln.
Tháp chng ct phong phú v kích c v ng dng. Các tháp ln thng
c s dng trong công ngh lc hóa du. ng kính tháp ph thuc vo
lng pha lng v lng pha khí, tinh khit ca sn phm. Mi loi tháp
chng li có cu to riêng, có u im v nhc im khác nhau, vy ta phi

chn loi tháp no cho phù hp vi hn hp cu t cn chng v tính toán kích
c ca tht b cho phù hp vi yêu cu.f
Trong án ny em c giao thit k tháp chng luyn liên tục tháp đệm
phân tách hn hp hai cu t l Rợu Metylic v Nc, ch lm vic áp
sut thng vi hn hp u vo nhit sôi.
II. GIớI THIệU Về HỗN HợP CHƯNG LUYệN
1. Benzen
a. gii thiu chung
Benzen (tờn khỏc: PhH, hoc benzol) l mt hp cht hu c cú cụng thc hoỏ
hc C
6
H
6
. Benzen l mthyrocacbon thm, trong iu kin bỡnh thng l mt
cht lng khụng mu, mựi du ngt d chu, d chỏy. Benzen tan rt kộm trong
nc v ru.
[1]
Benzen cng cú kh nng chỏy to ra khớ CO
2
v nc, c bit cú
sinh ra mui than sụi nhit = 80
o
c.
GVHD : Nguyn Tin Hng lp: Ch1D11 [page]
Sinh viờn: Nguyn Hi Ngc email:
6
Trường ĐH CN Việt Trì Đồ án môn học
Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học
b. cấu trúc phân tử.
Cấu trúc mà Kekulé đưa ra hầu như không thuyết phục được các nhà khoa học

đương thời, vì căn cứ vào công thức phân tử thì phân tử benzen thể hiện tính không
no cao nhưng rất khó tham gia phản ứng cộng, ngược lại benzen rất dễ tham gia
phản ứng thế. Tuy nhiên vào năm 1929, công thức của Kekulé đã được công nhận
bởi Kathleen Lonsdale.
Theo phân tích quang phổ thì góc liên kết giữa các nguyên tử trong benzen đều là
120 độ, các liên kết C-C đều như nhau (140 pm), lớn hơn liên kết đôi đơn lẻ và nhỏ
hơn liên kết đơn (136 pm và 147 pm). Điều này được giải thích qua thuyết lai hoá
obitan như sau: trong phân tử benzen, các nguyên tử C ở trạng thái lai hoá sp
2
liên
kết với nhau và với các nguyên tử H thành mặt phẳng phân tử benzen, các obitan p
vuông góc với mặt phẳng không chỉ liên kết thành cặp mà liên kết với nhau thành
hệ liên hợp. Do vậy mà liên kết đôi ở benzen thường bền hơn so với các hợp chất
có liên kết đôi khác, dẫn đến các tính chất đặc trưng mà người ta gọi là tính thơm.
c. Tính chất hóa học.
 Phản ứng cộng
Benzen trong điều kiện có xúc tác niken, nhiệt độ cao cộng với khí hiđrô tạo
ra xiclohexan. Khi có chiếu sáng, benzen tác dụng khí clo tạo
ra hexacloran C
6
H
6
Cl
6
(còn gọi là thuốc trừ sâu ba số 6, thuốc trừ sâu 6-6-6), một
thuốc trừ sâu hoạt tính rất mạnh, đã bị cấm.
 Phản ứng Friedel-Crafts
Khi có axit Lewis, benzen phản ứng với metylclorua tạo ra toluen.
 Phản ứng thế electrophyl
Benzen phản ứng thế với halogen(X

2
) khi có sắt hoặc axit Lewis (AlCl
3
) tạo phenyl
halogenua (C
6
H
5
X), phản ứng với axit nitric đặc có xúc tác axit sulfuric đậm đặc
tạo nitro benzen (trong điều kiện ngặt nghèo hơn - axit bốc khói và nhiệt độ cao -
sinh ra TNB), phản ứng với axit sulfuric đậm đặc chưng cất nước thành axit
benzosulfonic.
d. Độc tính.
Tuy benzen có mùi thơm nhẹ, nhưng mùi này có hại cho sức khoẻ (gây bệnh bạch
cầu). Ngoài ra, khi hít Benzen vào, có thể gây vô sinh, cần lưu ý khi tiếp xúc trực
tiếp với Benzen.
d. Đồng phân vị trí nhóm thế.
GVHD : Nguyễn Tiến Hưng lớp: Ch1D11 [page]
Sinh viên: Nguyễn Hải Ngọc email:
7
Trường ĐH CN Việt Trì Đồ án môn học
Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học
Nếu có hai nhóm thế đính vào nhân thơm thì cho ra 3 đồng phân: thế 1,2- là ortho-
(o-), thế 1,3- là meta- (m-), thế 1,4- là para- (p-).
e. Ứng dụng
Ngày nay một lượng lớn benzen chủ yếu để:
• Sản xuất styren cho tổng hợp polymer.
• Sản xuất cumen cho việc sản xuất cùng lúc axeton và phenol.
• Sản xuất cyclohexan tổng hợp tơ nilon.
• Làm dung môi, sản xuất dược liệu.

2. Toluen
1. Tính chất vật lý
Là chất lỏng không màu, có thể cháy được, độ nhớt thấp, có mùi thơm giống
benzen. Nó là dung môi hòa tan rất tốt chất béo, dầu, nhựa thông, lưu huỳnh,
photpho và iot, Toluen có thể tan lẫn hoàn toàn với hầu hết dung môi hữu cơ như
rượu, ete, xeton, phenol, este, Toluen rất ít tan trong nước, độ hòa tan vào nước ở
16
0
C là 0,047g/100ml còn ở 15
0
C là 0,4g/100ml.
Toluen có công thức cấu tạo C
6
H
5
CH
3
or C
7
H
8
- Khối lượng phân tử : 92 đvc
- Tỉ trọng ở 20
0
C : 0,866
- Nhiệt độ sôi : 110,6
0
C
- Nhiệt đọ nóng chảy :- 95
0

C
2 .Tính chất hóa học.
- Phản ứng với brom khan
- Phản ứng với clo ( khí )
- Phản ứng Nitro hóa
- Phản ứng cộng
- Phản ứng làm mất màu dung dịch brom

GVHD : Nguyễn Tiến Hưng lớp: Ch1D11 [page]
Sinh viên: Nguyễn Hải Ngọc email:
8
Trng H CN Vit Trỡ ỏn mụn hc
Khoa Cụng Nghờ Hoa Hoc QT va Thiờt bi hoa hoc

3 . dây chuyền sản xuất
Hơi đốt
Nớc ngng
1
2
3
4
5
10
6
7
8
9
Hơi đốt
Nớc lạnh
Nớc

Nớc ngng
11
11
Nớc lạnh
Nớc
Chú thích :
1- Thùng chứa hỗn hợp đầu 2- Bơm
3- Thùng cao vị 4- Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu
5- Tháp chng luyện 6- Thiết bị ngng tụ hồi lu
7- Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh 8- Thùng chứa sản phẩm đỉnh
9- Thiết bị gia nhiệt đáy tháp 10- Thùng chứa sản phẩm đáy
11- Thiết bị tháo nớc ngng
Thuyết minh dây chuyền công nghệ
GVHD : Nguyn Tin Hng lp: Ch1D11 [page]
Sinh viờn: Nguyn Hi Ngc email:
9
Trng H CN Vit Trỡ ỏn mụn hc
Khoa Cụng Nghờ Hoa Hoc QT va Thiờt bi hoa hoc
Nguyên liệu đầu đợc chứa trong thùng chứa (1) và đợc bơm (2) bơm lên thùng
cao vị (3). Mức chất lỏng cao nhất ở thùng cao vị đợc khống chế bởi cửa chảy tràn.
Hỗn hợp đầu từ thùng cao vị (3) tự chảy xuống thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu (4),
quá trình tự chảy này đợc theo dõi bằng van và đồng hồ đo lu lợng. Tại thiết bị đun
nóng hỗn hợp đầu (4) (dùng hơi nớc bão hoà), hỗn hợp đầu đợc gia nhiệt đến nhiệt
độ sôi. Sau khi đạt đến nhiệt độ sôi, hỗn hợp này đợc đa vào đĩa tiếp liệu của tháp
chng luyện loại tháp đệm (5). Trong tháp, pha lỏng đi từ trên xuống tiếp xúc với hơi
đợc tạo thành ở thiết bị đun sôi đáy tháp (9) đi từ dới lên, tại đây xảy ra quá trình
bốc hơi và ngng 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 dới lên, cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽ
ngng tụ. Quá trình tiếp xúc lỏng hơi trong tháp diễn ra liên tục làm cho pha hơi
ngày càng giàu cấu tử dễ bay hơi, pha lỏng ngày càng giàu cấu tử khó bay hơi. Cuối

cùng trên đỉnh tháp ta sẽ thu đợc hầu hết là cấu tử dễ bay hơi . Hỗn hợp hơi này đợc
đi vào thiết bị ngng tụ hồi lu (6) và tại đây nó đợc ngng tụ hoàn toàn (tác nhân là n-
ớc lạnh). Một phần chất lỏng sau ngng tụ cha đạt yêu cầu đợc đi qua thiết bị phân
dòng để hồi lu trở về đỉnh tháp; phần còn lại đợc đa vào thiết bị làm lạnh (7) để làm
lạnh đến nhiệt độ cần thiết sau đó đi vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (8). Chất lỏng
hồi lu đi từ trên xuống dới, gặp hơi có nhiệt độ cao đi từ dới lên, một phần cấu tử có
nhiệt độ sôi thấp lại bốc hơi đi lên, một phần cấu tử khó bay hơi (nớc) trong pha hơi
sẽ ngng tụ đi xuống. Do đó, nồng độ cấu tử khó bay hơi trong pha lỏng ngày càng
tăng. Cuối cùng, ở đáy tháp ta thu đợc hỗn hợp lỏng gồm hầu hết là cấu tử khó bay
hơi (nớc), một phần rất ít cấu tử dễ bay hơi (Ru metylic). Hỗn hợp lỏng này đợc đ-
a ra khỏi đáy tháp, qua thiết bị phân dòng, một phần đợc đa ra thùng chứa sản phẩm
đáy (10), một phần đợc tận dụng đa vào thiết bị gia nhiệt đáy tháp (9) dùng hơi nớc
bão hòa. Thiết bị gia nhiệt (9) này có tác dụng đun sôi tuần hoàn và bốc hơi hỗn
hợp đáy (tạo dòng hơi đi từ dới lên trong tháp). Nớc ngng của các thiết bị gia nhiệt
đợc tháo qua thiết bị tháo nớc ngng (11) đi xử lý.
GVHD : Nguyn Tin Hng lp: Ch1D11 [page]
Sinh viờn: Nguyn Hi Ngc email:
10
Trng H CN Vit Trỡ ỏn mụn hc
Khoa Cụng Nghờ Hoa Hoc QT va Thiờt bi hoa hoc
Tháp chng luyện làm việc ở chế độ liên tục, hỗn hợp đầu vào và sản phẩm đợc
cung cấp và lấy ra liên tục.
PHN II: TNH TON THIT B CHNH
2.1. Tỡnh toỏn cõn bng vt liu ton thit b
Kớ hiu cỏc i lng nh sau:
F : lng nguyờn liu u (kmol/h)
P : lng sn phm nh (kmol/h)
W: lng sn phm ỏy (kmol/h)
x
F

: nng phn mol ca cu t d bay hi trong hn hp u
x
P
: nng phn mol ca cu t d bay hi trong sn phm nh
x
W
: nng phn mol ca cu t d bay hi trong sn phm ỏy.
Gi thit:
- S mol pha hi i t di lờn l bng nhau trong tt c mi tit din ca thỏp.
- S mol cht lng khụng thay i theo chiu cao on chng v on luyn.
- Hn hp u i vo thỏp nhit sụi.
- Cht lng ngng t trong thit b ngng t cú thnh phn bng thnh phn
ca hi i ra nh thỏp.
- Cp nhit ỏy thỏp bng hi t giỏn tip.
iu kin v yờu cu thit b:
- Nng sut thit b tớnh theo hn hp u F
1
= 2 (kg/s).
- Nng cu t d bay hi (C
6
H
6
) trong:
+ Hn hp u: a
F
= 0,76 phn khi lng.
GVHD : Nguyn Tin Hng lp: Ch1D11 [page]
Sinh viờn: Nguyn Hi Ngc email:
11
Trường ĐH CN Việt Trì Đồ án môn học

Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học
+ Hỗn hợp đỉnh: a
P
= 0,9 phần khối lượng.
+ Hỗn hợp đáy: a
W
= 0,08 phần khối lượng.
- Khối lượng phân tử của C
6
H
6
là M
A
= 78 (kg/kmol).
- Khối lượng phân tử của C
6
H
5
CH
3
là M
B
= 92 (kg/kmol).
- Tháp làm việc ở áp suất thường (P = 1 atm).
- Hỗn hợp được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi.
Đổi nồng độ phần khối lượng sang nồng độ phần mol:
Áp dụng công thức:
B
A
A

A
A
A
A
M
a
M
a
M
a
x
−
+
=
1
Trong đó: a
A
là nồng độ phần khối lượng của rượu metylic.
M
A
, M
B
là khối lượng mol của rượu metylic nước.
M
A
= 78 (kg/kmol) ; M
B
= 92 (kg/kmol).
=
F

x
78,0
92
76,01
78
76,0
78
76,0
1
=
−
+
=
−
+
B
F
A
F
A
F
M
a
M
a
M
a
phần mol.
91,0
92

9,01
78
9,0
78
9,0
1
=
−
+
=
−
+
=
B
P
A
P
A
P
P
M
a
M
a
M
a
x
phần mol.
093,0
92

08,01
78
08,0
78
08,0
1
=
−
+
=
−
+
=
B
W
A
W
A
W
W
M
a
M
a
M
a
x
phần mol.
Tính khối lượng mol trung bình:
Áp dụng công thức: M = x.M + (1 - x).M

GVHD : Nguyễn Tiến Hưng lớp: Ch1D11 [page]
Sinh viên: Nguyễn Hải Ngọc email:
12
Trường ĐH CN Việt Trì Đồ án môn học
Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học
Ta có :
M
W
= 0,093.78 + (1 - 0,093).92 = 90,698 (kg/mol)
M = 0,91.78 + (1 - 0,91).92 = 79,26 (kg / kmol)
M
F
= 0,78.78+ (1 - 0,78).92 = 81,08 (kg/kmol)
1.Cân bằng vật liệu
Hỗn hợp đầu vào F ( benzen- toluen ) được phân tách thành sản phẩm đỉnh P
(Benzen), và sản phẩm đáy W (Toluen). Ở đĩa trên cùng có 1 lượng lỏng hồi lưu, ở
đáy tháp có thiết bị đun sôi. Lượng hơi đi ra đỉnh tháp D
o
.
Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống chưng
Phương trình cân bằng vật liệu:
F = P + W
Trong đó:
- F là lượng hỗn hợp đầu đi vào tháp (kmol/ h)
- P là lượng sản phẩm đỉnh (kmol/ h)
- W là lượng sản phẩm đáy (kmol/ h)
GVHD : Nguyễn Tiến Hưng lớp: Ch1D11 [page]
Sinh viên: Nguyễn Hải Ngọc email:
13
D

U
D
0
F,x
F
D,y
D
P,x
P
L
0
L
U
W,x
W
Trường ĐH CN Việt Trì Đồ án môn học
Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học
Phương trình cân bằng vật liệu cho cấu tử dễ bay hơi (C
6
H
5
CH
3
):
F.x
F
= P.x
P
+ W.x
W

Lượng hỗn hợp đầu:
F = 7200 (kg / h)
Lượng sản phẩm đỉnh:
34,6054
093,091,0
093,078,0
.7200. =
−
−
=
−
−
=
WP
WF
xx
xx
FP
(kg/h)
Lượng sản phẩm đáy:
66,114534,60547200 =−=−= PFW
(kg/h)
Đổi đơn vị F, p , w từ kg/h sang kmol/h
)/(80,88
08,81
7200)/(
hkmol
M
hkgF

F
F
===
)/(38,76
26,79
34,6054)/(
hkmol
M
hkgP
P
p
===

)/(63,12
698,90
66,1145)/(
hkmol
M
hkgW
W
W
===
Lượng hỗn hợp trên một đơn vị sản phẩm đỉnh
16,1
38,76
80,88
===
P
F
f

2.Tính chỉ số hồi lưu tối thiểu
Từ số liệu bảng IX.2a (Sổ tay QT&TBCNHC-2 trang 148) ta có thành phần cân
bằng lỏng hơi của rượu metylic-nước được cho theo bảng sau
GVHD : Nguyễn Tiến Hưng lớp: Ch1D11 [page]
Sinh viên: Nguyễn Hải Ngọc email:
X 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Y 0 26,8 41,8 57,9 66,5 72,9 77,9 82,5 87 91,5 95,8 100
T 100 92,3 87,7 81,7 78 75,3 73,1 71,2 69,3 67,6 66 64,5
14
Trường ĐH CN Việt Trì Đồ án môn học
Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học
Từ bảng số liệu trên ta vẽ được đồ thị biểu diễn đường cân bằng lỏng hơi, từ đó xác
định được chỉ số hồi lưu tối thiểu Rmin.
Với giá trị x = 0,209 ta kẻ đường song song với trục y và cắt đường cân bằng, từ đó
ta kẻ đường song song với trục x cắt trục y tại B và ta xác định được giá trị y
*
=
0,59 Từ đó ta tính được R:
R =

=
643,0
209,059,0
59,0835,0
=
−
−
3.Tính chỉ số hồi lưu thích hợp
Chỉ số hồi lưu làm việc thường được xác định thông qua chỉ số hồi lưu tối
thiểu:

min
.R R
β
=
Trong đó: β: hệ số dư hay hệ số hiệu chỉnh.
Tính gần đúng ta lấy chỉ số hồi lưu làm việc bằng:
min
(1,2 2,5).R R
= ÷
Ta biết R
min
, cho β biến thiên bất kì trong khoảng (1,2÷2,5), tính được R tương
ứng. Ở mỗi R tương ứng ta vẽ đường làm việc và vẽ các bậc thay đổi nồng độ lý
thuyết N.
Dưới đây là các đồ thị xác định số đĩa lí thuyết trên cơ sở đường cân bằng,
P
x
,
F
x
,
W
x
. Đường làm việc đoạn luyện đi qua điểm (
P
x
,
P
y
) và cắt trục tung tại điểm

có tung độ B = , đường làm việc đoạn chưng đi qua giao điểm của đường làm việc
đoạn luyện với đường
F
x const
=
và điểm (
W
x
,
W
y
). Vẽ các tam giác như hình ta thu
được số đĩa lý thuyết
GVHD : Nguyễn Tiến Hưng lớp: Ch1D11 [page]
Sinh viên: Nguyễn Hải Ngọc email:
15
Trường ĐH CN Việt Trì Đồ án môn học
Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học
Hình vẽ số đĩa lý thuyết
Với b=1,2
⇒
số đĩa lý thuyết là :10
Ta có : R
x
=1,2*0,643=0,7716
Phương trình nồng độ làm việc đoạn luyện :

005,0436,0
17716,0
835,0

17716,0
7716,0
11
+=
+
+×
+
=
+
+×
+
= xx
R
x
x
R
R
Y
x
p
x
x
L
Phương trình nồng độ làm việc đoạn chưng :

0963,2029,0
17716,0
1478,4
17716,0
7716,0478,4

1
1
1
+=×
+
−
+×
+
+
=×
+
−
+×
+
+
= xxx
R
f
x
R
Rf
Y
wc
với
f=4,478
GVHD : Nguyễn Tiến Hưng lớp: Ch1D11 [page]
Sinh viên: Nguyễn Hải Ngọc email:
16
Trường ĐH CN Việt Trì Đồ án môn học
Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học

Với b=1,4
⇒
Số đĩa lý thuyết là :8
Ta có R
x
=1,4*0,643 =0,9
Phương trình nồng độ làm việc đoạn luyện :

439,0474,0
19,0
835,0
19,0
9,0
11
+=
+
+×
+
=
+
+×
+
= xx
R
x
x
R
R
Y
x

p
x
x
L
Phương trình nồng độ làm việc đoạn chưng:

05,0831,2029,0
19,0
1478,4
19,0
9,0478,4
1
1
1
+=×
+
−
+×
+
+
=×
+
−
+×
+
+
= xxx
R
f
x

R
Rf
Y
wc
GVHD : Nguyễn Tiến Hưng lớp: Ch1D11 [page]
Sinh viên: Nguyễn Hải Ngọc email:
17
Trường ĐH CN Việt Trì Đồ án môn học
Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học
Với b=1,6
⇒
Số đĩa lý thuyết là :8
Ta có R
x
=1,6*0,643 =1,029
Phương trình nồng độ làm việc đoạn luyện :

412,0507,0
1029,1
835,0
1029,1
029,1
11
+=
+
+×
+
=
+
+×

+
= xx
R
x
x
R
R
Y
x
p
x
x
L
Phương trình nồng độ làm việc đoạn chưng:

049,0714,2029,0
1029,1
1478,4
1029,1
029,1478,4
1
1
1
+=×
+
−
+×
+
+
=×

+
−
+×
+
+
= xxx
R
f
x
R
Rf
Y
wc
GVHD : Nguyễn Tiến Hưng lớp: Ch1D11 [page]
Sinh viên: Nguyễn Hải Ngọc email:
18
Trường ĐH CN Việt Trì Đồ án môn học
Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học
Với b=1,8
⇒
Số đĩa lý thuyết là :7
Ta có R
x
=1,8*0,643 =1,1574
Phương trình nồng độ làm việc đoạn luyện :

39,054,0
11574,1
835,0
11574,1

1574,1
11
+=
+
+×
+
=
+
+×
+
= xx
R
x
x
R
R
Y
x
p
x
x
L
Phương trình nồng độ làm việc đoạn chưng:

05,061,2029,0
11574,1
1478,4
11574,1
1574,1478,4
1

1
1
+=×
+
−
+×
+
+
=×
+
−
+×
+
+
= xxx
R
f
x
R
Rf
Y
wc
GVHD : Nguyễn Tiến Hưng lớp: Ch1D11 [page]
Sinh viên: Nguyễn Hải Ngọc email:
19
Trường ĐH CN Việt Trì Đồ án môn học
Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học
Với b=2
⇒
Số đĩa lý thuyết là :7

Ta có R
x
=2*0,643 =1,286
Phương trình nồng độ làm việc đoạn luyện :

37,056,0
1286,1
835,0
1286,1
286,1
11
+=
+
+×
+
=
+
+×
+
= xx
R
x
x
R
R
Y
x
p
x
x

L
Phương trình nồng độ làm việc đoạn chưng:

04,052,2029,0
1286,1
1478,4
1286,1
286,1478,4
1
1
1
+=×
+
−
+×
+
+
=×
+
−
+×
+
+
= xxx
R
f
x
R
Rf
Y

wc
Với b=2,2
⇒
Số đĩa lý thuyết là :6
GVHD : Nguyễn Tiến Hưng lớp: Ch1D11 [page]
Sinh viên: Nguyễn Hải Ngọc email:
20
Trường ĐH CN Việt Trì Đồ án môn học
Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học
Ta có R
x
=2,2*0,643 =1,415
Phương trình nồng độ làm việc đoạn luyện :

35,066,0
1415,1
835,0
1415,1
415,1
11
+=
+
+×
+
=
+
+×
+
= xx
R

x
x
R
R
Y
x
p
x
x
L
Phương trình nồng độ làm việc đoạn chưng:

04,044,2029,0
1415,1
1478,4
1415,1
415,1478,4
1
1
1
+=×
+
−
+×
+
+
=×
+
−
+×

+
+
= xxx
R
f
x
R
Rf
Y
wc
Với b=2,4
⇒
Số đĩa lý thuyết là :6
Ta có R
x
=2,4*0,643 =1,543
GVHD : Nguyễn Tiến Hưng lớp: Ch1D11 [page]
Sinh viên: Nguyễn Hải Ngọc email:
21
Trường ĐH CN Việt Trì Đồ án môn học
Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học
Phương trình nồng độ làm việc đoạn luyện :

33,061,0
1543,1
835,0
1543,1
543,1
11
+=

+
+×
+
=
+
+×
+
= xx
R
x
x
R
R
Y
x
p
x
x
L
Phương trình nồng độ làm việc đoạn chưng:

04,037,2029,0
1543,1
1478,4
1543,1
543,1478,4
1
1
1
+=×

+
−
+×
+
+
=×
+
−
+×
+
+
= xxx
R
f
x
R
Rf
Y
wc
Với b=2,5
⇒
Số đĩa lý thuyết là :6
Ta có R
x
=2,5*0,643 =1,608
Phương trình nồng độ làm việc đoạn luyện :
GVHD : Nguyễn Tiến Hưng lớp: Ch1D11 [page]
Sinh viên: Nguyễn Hải Ngọc email:
22
Trng H CN Vit Trỡ ỏn mụn hc

Khoa Cụng Nghờ Hoa Hoc QT va Thiờt bi hoa hoc

32,062,0
1608,1
835,0
1608,1
608,1
11
+=
+
+ì
+
=
+
+ì
+
= xx
R
x
x
R
R
Y
x
p
x
x
L
Phng trỡnh nng lm vic on chng:

04,033,2029,0
1608,1
1478,4
1608,1
608,1478,4
1
1
1
+=ì
+

+ì
+
+
=ì
+

+ì
+
+
= xxx
R
f
x
R
Rf
Y
wc
\
Tơng ứng với các giá trị = 1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 1,9; 2,0; 2,1; 2,2; 2,4;

2,5 tính đợc các giá trị của R
x
(xem bảng).

1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,5
R
x
0,7716 0,9 1,029 1,157 1,286 1,415 1,543 1,608
GVHD : Nguyn Tin Hng lp: Ch1D11 [page]
Sinh viờn: Nguyn Hi Ngc email:
23
Trường ĐH CN Việt Trì Đồ án môn học
Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học
B 0,47 0,44 0,41 0,39 0,37 0,35 0,33 0,32
N 10 8 8 7 7 6 6 6
N(R
x
+1) 17,716 15,2 16,232 15,099 16,002 14,49 15,258 15,648
Mối liên hệ giữa Rx và N(Rx+1) thể hiện qua biểu đồ sau
N(Rx+1)
Rx
Từ bảng số liệu ta thấy, với R
x
= 1,415 thì N
lt
.(R
x
+ 1) là nhỏ nhất hay thể tích tháp
nhỏ nhất. Vậy ta có R
th

= 1,415 tương ứng với số đĩa lý thuyết N
lt
= 6
2.2 Phương trình đường nồng độ làm việc
* Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện:
Giả thiết hơi bay ra ở đỉnh tháp là thành phần cấu tử dễ bay hơi bằng thành
phần sản phẩm đỉnh, khi đó đường nồng độ làm việc của đoạn luyện có dạng

11 +
+
+
=
x
P
x
x
R
x
x
R
R
y
(đi qua x = x
P
= y
P
) (II-144)

11
+

+
+
=⇒
x
P
x
x
R
x
x
R
R
y
GVHD : Nguyễn Tiến Hưng lớp: Ch1D11 [page]
Sinh viên: Nguyễn Hải Ngọc email:
24
Thay vào (II-158)
Trường ĐH CN Việt Trì Đồ án môn học
Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học

⇒
1415,1
835,0
1415,1
415,1
+
+×
+
= x
Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện:

⇒
y = 0,586x + 0,346
với R
x
= 1,415
* Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng:
Giả thiết hơi ra ở đáy tháp có thành phần cấu tử dễ bay hơi bằng thành phần
sản phẩm đáy, khi đó đường nồng độ làm việc của đoạn chưng có dạng

w
xx
x
x
R
f
x
R
fR
y
1
1
1 +
−
+
+
+
=
(II-158)
Với
478,4

029,0209,0
029,0835,0
W
=
−
−
=
−
−
=
xx
xx
f
F
Wp

029,0.
1415,1
478,41
1415,1
478,4415,1
+
−
+
+
+
=⇒
xy

042,044,2

−=⇒
xy
I.TÝNH §¦êNG KÝNH TH¸P
§êng kÝnh th¸p ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thức:
D =
tb
tb
V
ωπ
.3600.
.4
(m)
( )
tb
yy
tb
g
D
ωρ
.
0188,0=
, m [II - 181]
Trong ®ã:
g
tb
: lîng h¬i trung b×nh ®i trong th¸p, kg/h.
(ρ
y
.ϖ
y

)
tb
: tèc ®é h¬i trung b×nh ®i trong th¸p, kg/m
2
.s
GVHD : Nguyễn Tiến Hưng lớp: Ch1D11 [page]
Sinh viên: Nguyễn Hải Ngọc email:
25