TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CHƯNG CẤT HOẠT ĐỘNG LIÊN TỤC ĐỂ CHƯNG CẤT HỖN HỢP ACID ACETIC – NƯỚC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ
CHƯNG CẤT HOẠT ĐỘNG LIÊN TỤC ĐỂ CHƯNG
CẤT HỖN HỢP ACID ACETIC – NƯỚC
Giảng viên hướng dẫn : Ths. Phạm Văn Hưng
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Hữu Khánh
Lớp : DHH07BLT
MSSV : 11368031
Khoá : 2011-2013
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2013
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ
CHƯNG CẤT HOẠT ĐỘNG LIÊN TỤC ĐỂ CHƯNG
CẤT HỖN HỢP ACID ACETIC – NƯỚC
GVHD : Ths. Phạm Văn Hưng
SVTH : Nguyễn Hữu Khánh
MSSV : 11368031
Lớp : DHHO7BLT
Khoá : 2011-2013
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2013
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do - Hạnh phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN HỌC PHẦN
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Hữu Khánh MSSV: 11371791
Lớp: DHHO7BLT

Chuyên ngành: Công nghệ Hóa hữu cơ
Tên đồ án: Tính toán thiết kế hệ thống thiết bị chưng cất hoạt động liên tục, để
chưng cất hỗn hợp Acid acetic – Nước với năng suất 2000 kg/h theo nhập liệu.
Nhiệm vụ của đồ án: Số liệu ban đầu và nội dung:
- Số liệu ban đầu:
1. Nồng độ Acid acetic trong nhập liệu (khối lượng): 40%.
2. Nồng độ Acid acetic trong sản phẩm đỉnh (khối lượng): 96%.
3. Nồng độ Acid acetic trong sản phẩm đáy (khối lượng): 36%.
4. Thiết bị loại: Tháp mâm chóp, áp suất làm việc 1,5 at, trao đổi nhiệt.
- Nội dung: Mở đầu, vẽ và thuyết minh quy trình công nghệ, tính toán công nghệ
thiết bị chính, tính kết cấu thiết bị chính, tính và chọn thiết bị phụ, kết luận, tài
liệu tham khảo, phụ lục.
Ngày giao đồ án:
Ngày hoàn thành đồ án:
Họ tên giáo viên hướng dẫn:
Chủ nhiệm bộ môn Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013
Giáo viên hướng dẫn
Thiết kế hệ thống chưng luyện Acid acetic – Nước GVHD:Ths. Phạm Văn Hưng
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP
TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
Độc lập – Tự do - Hạnh phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN HỌC PHẦN
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Hữu Khánh 11368031
Lớp: DHHO7BLT
Chuyên ngành: Công nghệ Hóa hữu cơ
Tên đồ án: Tính toán thiết kế hệ thống thiết bị chưng cất hoạt động liên tục, để
chưng cất hỗn hợp Acid acetic - Nước với năng suất 2000 kg/h theo nhập liệu.

Nhiệm vụ của đồ án: Số liệu ban đầu và nội dung:
- Số liệu ban đầu:
5. Nồng độ Acid acetic trong nhập liệu (khối lượng): 40%.
6. Nồng độ Acid acetic trong sản phẩm đỉnh (khối lượng): 90%.
7. Nồng độ Acid acetic trong sản phẩm đáy (khối lượng): 36%.
8. Thiết bị loại: Tháp mâm chóp, áp suất làm việc 1,5 at, trao đổi nhiệt.
- Nội dung: Mở đầu, vẽ và thuyết minh quy trình công nghệ, tính toán công nghệ
thiết bị chính, tính kết cấu thiết bị chính, tính và chọn thiết bị phụ, kết luận, tài
liệu tham khảo, phụ lục.
Ngày giao đồ án:
Ngày hoàn thành đồ án:
Họ tên giáo viên hướng dẫn:
Chủ nhiệm bộ môn Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013
Giáo viên hướng dẫn
LỜI MỞ ĐẦU
SVTH: Nguyễn Hữu Khánh 4
Thiết kế hệ thống chưng luyện Acid acetic – Nước GVHD:Ths. Phạm Văn Hưng
Việt Nam đang trên đà phát triển, đất nước ngày càng được đổi mới và tân
tiến theo thời gian. Song song với sự đổi mới ấy là bộn bề của vô vàng trắc trở của
những con người âm thầm cống hiến cho đời, cho thế hệ mai sau.
Đất nước phát triển đã góp phần thôi thúc tinh thần sáng tạo và cầu tiến của
những con người biết khát vọng về phía trước. Vâng! Để đáp lại điều đó, họ đã cho
chúng ta những gía trị vô cùng quý báo, những cuộc nghiên cứu vĩ đại và những
cuộc thử nghiệm ly kì mà khoa học mang lại.
Ai có ngành nghề là một lợi thế, nhưng ai có kiến thức còn là lợi thế hơn.
Đúng vậy, kiến thức giúp chúng ta rất nhiều trong cuộc sống, có kiến thức ta có tất
cả. Cũng chính điều này đã có biết bao ngành rộng mở chờ đón ta mà đặc biệt là
ngành công nghệ hóa học – ngành của sự phát triển vượt bậc và là ngành của những
hóa chất.
Công nghệ hóa học là một trong những ngành đóng góp rất lớn trong sự phát

triển của nước nhà. Trong ngành này, đòi hỏi sản phẩm phải có độ tinh khiết cao
phù hợp với bất kì qui trình sản xuất nào mà đặc biệt là các phương pháp được sử
dụng đó là: chưng cất, trích ly, cô đặc, hấp thu … Tùy theo đặc tính sản phẩm mà ta
lựa chọn phương pháp thích hợp.
Đối với hệ Acid acetic – Nước, đây là 2 cấu tử tan lẫn vào nhau, vì vậy sử
dụng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho Acid acetic.
Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị là một môn học mang tính tổng hợp
trong quá trình học tập của các kỹ sư hoá tương lai. Môn học giúp sinh viên giải
quyết nhiệm vụ tính toán cụ thể về: yêu cầu công nghệ, kết cấu, giá thành của một
thiết bị trong sản xuất hoá 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.
SVTH: Nguyễn Hữu Khánh 5
Thiết kế hệ thống chưng luyện Acid acetic – Nước GVHD:Ths. Phạm Văn Hưng
Em chân thành cảm ơn Thầy Phạm Văn Hưng và các Quí Thầy Cô bộ môn
Máy & Thiết Bị đã giúp em hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên, trong quá trình hoàn
thành đồ án vẫn không tránh khỏi có sai sót, em rất mong quí thầy cô góp ý, chỉ dẫn.
Em xin cám ơn Quý Thầy Cô!
SVTH: Nguyễn Hữu Khánh 6
Thiết kế hệ thống chưng luyện Acid acetic – Nước GVHD:Ths. Phạm Văn Hưng
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Phần đánh giá:
• Ý thức thực hiện:
• Nội dung thực hiện:
• Hình thức trình bày:
• Tổng hợp kết quả:
Điểm bằng số: Điểm bằng chữ:
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013
Giáo viên hướng dẫn
SVTH: Nguyễn Hữu Khánh 7
Thiết kế hệ thống chưng luyện Acid acetic – Nước GVHD:Ths. Phạm Văn Hưng
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN










Phần đánh giá:
• Ý thức thực hiện:
• Nội dung thực hiện:
• Hình thức trình bày:
• Tổng hợp kết quả:
Điểm bằng số: Điểm bằng chữ:
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013

Giáo viên phản biện
SVTH: Nguyễn Hữu Khánh 8
Thiết kế hệ thống chưng luyện Acid acetic – Nước GVHD:Ths. Phạm Văn Hưng
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT
1.1. Lý thuyết về chưng cất (chưng luyện)
1.1.1. Khái niệm
Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của hỗn hợp lỏng cũng như hỗn
hợp khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu
tử trong hỗn hợp (nghĩa là khi ở cùng nhiệt độ, áp suất hơi bão hoà của các cấu tử
khác nhau).
Thay vì đưa vào trong hỗn hợp một pha mới để tạo nên sự tiếp xúc giữa hai
pha như trong quá trình hấp thu hoặc nhả khí, trong quá trình chưng cất pha mới
được tạo nên bằng sự bốc hơi hoặc ngưng tụ.
Trong trường hợp đơn giản, chưng cất và cô đặc không khác gì, tuy nhiên sự
khác biệt cơ bản nhất đó là trong quá trình chưng cất dung môi và chất tan đều bay
hơi (nghĩa là các cấu tử đều hiện diện trong cả hai pha nhưng với tỷ lệ khác nhau),
còn trong quá trình cô đặc thì chỉ có dung môi bay hơi còn chất tan không 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 cấu tử thì ta sẽ thu được 2
sản phẩm:
 Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn (nhiệt độ sôi nhỏ) và
một phần rất ít các cấu tử có độ bay hơi nhỏ.
 Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi nhỏ (nhiệt độ sôi lớn) và
một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi lớn.
Đối với hệ Acid Acetic – Nước thì:
 Sản phẩm đỉnh chủ yếu là nước.
 Sản phẩm đáy chủ yếu là acid acetic.
1.1.2. Phương pháp chưng cất
Các phương pháp chưng cất được phân loại theo:
SVTH: Nguyễn Hữu Khánh 9

Thiết kế hệ thống chưng luyện Acid acetic – Nước GVHD:Ths. Phạm Văn Hưng
 Áp suất làm việc:
 Áp suất thấp
 Áp suất thường
 Áp suất cao
 Nguyên tắc làm việc: 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 lí làm việc:
 Chưng cất đơn giản
 Chưng bằng hơi nước trực tiếp
 Chưng cất
 Cấp nhiệt ở đáy tháp:
•Cấp nhiệt trực tiếp
•Cấp nhiệt gián tiếp
Vậy: Đối với hệ Acid acetic – Nước, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục
cấp nhiệt gián tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường.
1.1.3. Thiết bị chưng cất
Trong sản xuất, người ta 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 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 tháp
mâm, nếu pha lỏng phân tán vào pha khí ta có tháp chêm, tháp phun,…
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 đượ cho tiếp xúc với nhau. Tuỳ theo cấu
tạo của đĩa, ta có:
SVTH: Nguyễn Hữu Khánh 10
Thiết kế hệ thống chưng luyện Acid acetic – Nước GVHD:Ths. Phạm Văn Hưng
 Tháp mâm chóp: than 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 tròn, xupap,…
• 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.
Bảng 1.1: So sánh ưu nhược điểm của các loại tháp
Tháp chêm.
Tháp mâm
xuyên lỗ
Tháp chóp
Ưu
điểm
- Cấu tạo khá đơn giản.
- Trở lực thấp.
- Làm việc được với chất lỏng
bẩn nếu dùng đệm cầu có
ρρ
≈

của chất lỏng.
- Trở lực tương
đối thấp.
- Hiệu suất khá
cao.
- Khá ổn
định.
- Hiệu suất
cao.
Nhược

điểm
- Hiệu suất truyền khối thấp do có
hiệu ứng thành.
- Độ ổn định không cao, khó vận
hành.
- Do có hiệu ứng thành
→
khi
tăng năng suất thì hiệu ứng thành
tăng
→
khó tăng năng suất.
- Thiết bị khá nặng nề.
- Không làm
việc được với
chất lỏng bẩn.
- Kết cấu khá
phức tạp.
- Có trở lực
lớn.
- Tiêu tốn
nhiều vật tư,
kết cấu phức
tạp.
SVTH: Nguyễn Hữu Khánh 11
Thiết kế hệ thống chưng luyện Acid acetic – Nước GVHD:Ths. Phạm Văn Hưng
Vậy, qua phân tích trên ta sử dụng tháp mâm chóp để chưng cất hệ Acid acetic
– Nước.
1.2. Giới thiệu sơ bộ về nguyên liệu
1.2.1. Axit acetic

1.2.1.1. Khái quát
Acid acetic (hay etanoic) là một acid hữu cơ (acid cacboxylic), mạnh hơn acid
cacbonic. Phân tử gồm nhóm methyl (-CH
3
) liên kết với nhóm caboxyl (-COOH).
Hình 1.1: Mô hình phân tử Acid acetic
1.2.1.2. Tính chất
Acid acetic nóng chảy ở 16,6
0
C, điểm sôi 118
0
C, hỗn hợp

trong nước với mọi
tỉ lệ. Trong quá trình hỗn hợp với nước có sự co thể tích, với tỷ trọng cực đại, chứa
73% acid acetic (D: 1,078 và 1,0553 đối với acid thuần khiết).
Người ta không thể suy ra được hàm lượng acid acetic trong nước từ tỷ trọng
của nó, ngoại trừ đối với các hàm lượng dưới 43%.
Tính ăn mòn kim loại:
• Acid acetic an mòn sắt.
• Nhôm bị ăn mòn bởi acid loãng, đề kháng tốt với acid acetic đặc và thuần
khiết. Đồng và chì bị ăn mòn bởi Acid acetic với sự hiện diện của không khí.
SVTH: Nguyễn Hữu Khánh 12
Thiết kế hệ thống chưng luyện Acid acetic – Nước GVHD:Ths. Phạm Văn Hưng
• Thiếc và một số loại thép Nikel-Crom đề kháng tốt đối với Acid acetic.
Acid acetic thuần khiết còn gọi là acid glaxial vì dễ dàng đông đặc kết tinh như
nước đá ở dưới 17
0
C, được điều chế chủ yếu bằng sự oxy hóa đối với andehyt
acetic. Không màu sắc, vị chua, tan trong nước và cồn etylic.

1.2.1.3. Điều chế
Acid acetic được điều chế bằng cách:
• Oxy hóa các xúc tác đối với cồn etylic để biến thành andehyt acetic, là một
giai đoạn trung gian. Sự oxy hóa kéo dài sẽ tiếp tục oxy hóa andehyt acetic thành
acid acetic.

• Oxy hóa andehyt acetic được tạo thành bằng cách tổng hợp từ acetylen.
Sự oxy hóa andehyt được tiến hành bằng khí trời với sự hiện diện của coban
acetat. Người ta thao tác trong andehyt acetic ở nhiệt độ gần 80
0
C để ngăn chặn sự
hình thành peroxit. Hiệu suất đạt 95-98% so với lý thuyết. người ta đạt được như
thế rất dễ dàng sau khi chế acid acetic kết tinh được.
• Tổng hợp đi từ cồn metylic và Cacbon oxit.
Hiệu suất có thể đạt 50 – 60% so với lí thuyết bằng cách cố định cacbon oxit
trên cồn metylic qua xúc tác. Nhiệt độ từ 200 – 500
0
C, áp suất 100 – 200 atm, với
sự hiện diện của metaphotphit hoặc photpho – vonframat kim loại 2 và 3 hóa trị
(chẳng hạn sắt, coban).
SVTH: Nguyễn Hữu Khánh 13
Thiết kế hệ thống chưng luyện Acid acetic – Nước GVHD:Ths. Phạm Văn Hưng
1.2.1.4. Ứng dụng
Acid acetic là một acid quan trọng nhất trong các loại acid hữu cơ. Acid acetic
tìm được rất nhiều ứng dụng vì nó là loại acid hữu cơ rẽ tiền nhất. nó được dùng để
chế tạo rất nhiều hợp chất và ester. Nguồn tiêu thụ chủ yếu của acid acetic là:
• Làm dấm ăn (dấm ăn chứa 4,5% acid acetic).
• Làm đông đặc nhựa mũ cao su.
• Làm chất dẻo tơ sợi xenluloza acetat – làm phim ảnh không nhạy lửa.
• Làm chất nhựa kết dính poly-vinyl acetat.

• Làm các phẩm màu, dược phẩm, nước hoa tổng hợp.
• Acetat nhôm dùng làm chất cắn màu (mordant trong nghề nhuộm).
• Phần lớn các ester acetat đều là các dung môi, như: izoamyl acetat hòa tan
được nhiều loại nhựa xenluloza.
1.2.2. Nước
Trong điều kiện bình thường, nước là chất lỏng không màu, không mùi, không
vị nhưng khối nước này sẽ có màu xanh nhạt.
Khi hóa rắn, nước có thể tồn tại ở 5 dạng tinh thể khác nhau.
Tính chất vật lý:
• Khối lượng phân tử: 18 g/mol
• Khối lượng riêng d,
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. 1352354825
Nước là dung môi phân cực mạnh, có khả năng hòa tan nhiều chất và là dung
môi rất quan trọng trong kỹ thuật hóa học.
SVTH: Nguyễn Hữu Khánh 14
Thiết kế hệ thống chưng luyện Acid acetic – Nước GVHD:Ths. Phạm Văn Hưng
1.3. Sơ đồ quy trình công nghệ
Chú thích kí hiệu trong quy trình:
1. Bồn chứa nguyên liệu.
2. Bơm.
3. Bồn cao vị.

4. Thiết bị đun sôi dòng nhập liệu.
5. Lưu lượng kế.
6. Nhiệt kế.
7. Tháp chưng cất.
8. Áp kế.
9. Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh.
10. Thiết bị đun sôi đáy tháp.
11. Bồn chứa sản phẩm đáy.
12. Thiết bị phân phối.
13. Thiết bị làm nguội dòng sản phẩm đỉnh dạng ống lồng ống.
14. Bồn chứa sản phẩm đỉnh.
SVTH: Nguyễn Hữu Khánh 15
Thiết kế hệ thống chưng luyện Acid acetic – Nước GVHD:Ths. Phạm Văn Hưng
Hình 1.2: Sơ đồ quy trình chưng cất hỗn hợp Acid acetic – Nước
SVTH: Nguyễn Hữu Khánh 17
1.4. Thuyết minh quy trình
Hỗn hợp Acid acetic – Nước có nồng độ Nươc là 25% khối lượng, nhiệt độ
khoảng 27
o
C tại bình chứa nguyên liệu (1), được bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3).
Dòng nhập liệu được gia nhiệt tới nhiệt độ sôi trong thiết bị truyền nhiệt. Sau đó
hỗn hợp được đưa vào tháp chưng cất (7) ở đĩa nhập liệu và bắt đầu quá trình chưng
cất trong tháp. Lưu lượng dòng nhập liệu được kiểm soát qua lưu lượng kế (5) và
dòng hổn hợp được kiểm soát nhiệt độ ở nhiệt kế (6).
Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn luyện của tháp
chảy xuống. Trong tháp, hơi đi dưới lên gặp lỏng đi 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 phía dưới càng giảm nồng độ các cấu tử dễ bay hơi vì đã bị pha hơi tạo nên
từ nồi đun (10) lôi cuốn cấu tử dễ bay hơi. Nhiệt độ càng lên trên càng thấp, nên khi

hơi đi qua các đĩa từ dưới lên thì cấu tử có nhiệt độ sôi cao là toluen sẽ ngưng tụ lại,
cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp có cấu tử benzen chiếm nhiều nhất
(nồng độ 95% khối lượng). Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ (9) được ngưng tụ hoàn
toàn. Sau đó dòng sản phẩm đỉnh được đưa qua thiết bị phân phối (12), dòng sản
phẩm tinh khiết được làm nguội bằng thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống (13) rồi
được đưa qua bồn chứa sản phẩm đỉnh (14). Phần còn lại của chất lỏng ngưng tụ
được hoàn lưu về tháp ở đĩa trên cùng với tỉ số hoàn lưu thích hợp và được kiểm
soát bằng lưu lượng kế. Cuối cùng ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng hầu hết là
cấu tử khó bay hơi (Toluen). Hỗn hợp lỏng ở đáy có nồng độ Benzen là 5% khối
lượng, còn lại là Toluen. Dung dịch lỏng ở đáy đi ra khỏi tháp vào nồi đun (10).
Trong nồi đun dung dịch lỏng một phần sẽ bốc hơi cung cấp lại cho tháp để tiếp tục
làm việc, phần còn lại ra khỏi nồi đun được cho vào bồn chứa sản phẩm đáy (11).
Thiết kế hệ thống chưng luyện Acid acetic – Nước GVHD:Ths. Phạm Văn Hưng
Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là nước, sau khi trao đổi nhiệt
với dòng nhập liệu có nhiệt dộ 35
0
C và được thải bỏ. Sản phẩm đáy là acid acetic
được giữ lại.
CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG VẬT CHẤT – CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG
2.1. Cân bằng vật chất
2.1.1. Các số liệu ban đầu
− Lưu lượng hỗn hợp đầu vào tháp (kg/h): F = 2000 (kg/h)
− Nồng độ hỗn hợp đầu ( phần khối lượng ) : a
F
= %
− Nồng độ sản phẩm đỉnh (phần khối lượng ) : a
D
= 97 %
− Nồng độ sản phẩm đáy ( phần khối lượng ) : a
W

= 5 %
− Nguyên liệu vào hệ thống ở nhiệt độ sôi
− Quá trình làm việc trong thiết bị ở áp suất thường.
− Loại thiết bị sử dụng là tháp mâm chóp, hoạt động liên tục.
− Khối lượng phân tử của Acid acetic và Nước : M
A
= 60; M
N
= 18.
•Chọn
+ Nhiệt độ nhập liệu: t
F
= 25
o
C .
+ Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau khi làm nguội: t
D
= 35
o
C .
+ Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi trao đổi nhiệt: t
W
= 35
o
C .
•Các ký hiệu:
G
F
, G
D

, G
W
: Lượng nguyên liệu đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy (kg/h).
SVTH: Nguyễn Hữu Khánh 19
Thiết kế hệ thống chưng luyện Acid acetic – Nước GVHD:Ths. Phạm Văn Hưng
F, D, W: Suất lượng nhập liệu, sản phẩm đáy, sản phẩm đỉnh (kmol/h)
a
F
, a
D
, a
W
: Phần khối lượng của cấu tử ở hỗn hợp đầu, đỉnh và đáy.
x
F
, x
D
, x
W
: Phần mol của cấu tử trong pha lỏng ở hỗn hợp đầu, đỉnh và đáy.
y
F
, y
D
, y
W
: Phần mol của cấu tử trong pha hơi ở hỗn hợp đầu, đỉnh và đáy.
2.1.2. Xác định suất lượng sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy
Vì đề bài cho theo % khối lượng nên phải đổi sang % mol để tính lượng sản
phẩm đỉnh và sản phẩm đáy, ta có:

 Nhập liệu
 Sản phẩm đỉnh
 Sản phẩm đáy
 Tính khối lượng phân tử trung bình,
 Dòng nhập liệu:

 Dòng sản phẩm đỉnh:
SVTH: Nguyễn Hữu Khánh 20
Thiết kế hệ thống chưng luyện Acid acetic – Nước GVHD:Ths. Phạm Văn Hưng

 Dòng sản phẩm đáy:

 Phương trình cân bằng vật chất cho toàn bộ tháp:
 Suất lượng dòng nhập liệu theo kmol/h từ G
F
= 2000 kg/h:
 Nên, suất lượng sản phẩm đỉnh theo kmol/h và kg/h:

 Do đó, suất lượng sản phẩm đáy theo kmol/h và kg/h:
Tóm lại, ta có bảng sau:
SVTH: Nguyễn Hữu Khánh 21
Thiết kế hệ thống chưng luyện Acid acetic – Nước GVHD:Ths. Phạm Văn Hưng
Bảng 2.1: Bảng tóm tắt các thông số
Số liệu sản phẩm Nhập liệu (F) Đỉnh (D) Đáy (W)
a
i
(%) 40 96 5
x
i
(mol) 0,6897 0,9877 0,1493

M
tbi
(kg/kmol) 31,0326 18,5166 53,7294
G
i
(kg/h) 2000 769,1499 1230,8501
Suất lượng
i
(kmol/h) 64,4444 41,5384 22,906
Với i = F, D, W
2.2. Xác định tỷ số hồi lưu thích hợp
2.2.1. Tỷ số hồi lưu tối thiểu
Tỷ số hồi lưu tối thiểu là chế độ làm việc mà tại đó ứng với số mâm lý thuyết
là vô cực. Do đó, chi phí cố định là vô cực nhưng chi phí điều hành (nhiên liệu,
nước, bơm…) là tối thiểu.
Bảng 2.1: Thành phần cân bằng lỏng (x) – hơi (y) tính bằng % mol và
nhiệt độ sôi (
0
C) của hỗn hợp 2 cấu tử Acid Acetic - Nước ở 760 mmHg
[2]
:
SVTH: Nguyễn Hữu Khánh 22
Thiết kế hệ thống chưng luyện Acid acetic – Nước GVHD:Ths. Phạm Văn Hưng
Hình 2.1: Đồ thị xác định nồng độ sản phẩm đỉnh y
F
*
SVTH: Nguyễn Hữu Khánh 23
x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
y 0 9.2 16.7 30.3 42.5 53 62.6 71.6 79.5 86.4 93 100
t 118.1 115.4 113.8 110.1 107.5 105.8 104.4 103.3 102.1 101.3 100.6 100

Thiết kế hệ thống chưng luyện Acid acetic – Nước GVHD:Ths. Phạm Văn Hưng
Hình 2.2: Đồ thị xác định nhiệt độ sôi của hệ Acid acetic – Nước
Dựa vào hình 2.1 – 2.2, ta có bảng thông số sau:
Bảng 1.2: Thành phần Acid acetic – Nước trong hỗn hợp
Nhiệt độ sôi
(°C)
Thành phần của Acid acetic – Nước trong hỗn hợp
Phần khối
lượng x
Phần mol x Phần mol y
Phần khối
lượng y
t
F
= 102,2236
t
D
= 100,0738
t
W
=111,9759
a
F
= 0,4
a
D
= 0,96
a
W
= 0,05

x
F
= 0,6897
x
D
= 0,9877
x
W
= 0,1493
y
F
*
= 0,7868
y
D
= 0,9914
y
W
= 0,234
= 0,5254
= 0,9719
= 0,084
Tính % khối lượng y theo công thức:
SVTH: Nguyễn Hữu Khánh 24
Thiết kế hệ thống chưng luyện Acid acetic – Nước GVHD:Ths. Phạm Văn Hưng
Vậy, chỉ số hồi lưu tối thiểu là:
2.2.2. Chỉ số hồi lưu thích hợp
Sử dụng công thức thực nghiệm: R = 1.3R
min
+ 0.3 (CT IX-25b tr 149-STT2)

Do đó,
2.3. Phương trình làm việc và số mâm lý thuyết
2.3.1. Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất
2.3.2. Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng
Chỉ số nhập liệu:
2.4. Xác định số mâm
2.4.1. Số mâm lý thuyết
SVTH: Nguyễn Hữu Khánh 25