TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CHƯNG CẤTHOẠT ĐỘNG LIÊN TỤC ĐỂ CHƯNG CẤT HỖN HỢPMETANOL – NƯỚC

Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
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
METANOL – NƯỚC
Giảng viên hướng dẫn : Ths. Phạm Văn Hưng
Sinh viên thực hiện : Đỗ Quang Khả
Mssv : 11371791
Lớp : DHH07BLT
Khoá : 2011-2013
SVTH: Đỗ Quang Khả
1
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
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
METANOL – NƯỚC
GVHD : Ths. Phạm Văn Hưng
SVTH : Đỗ Quang Khả
Mssv : 11371791
SVTH: Đỗ Quang Khả
2
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
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: Đỗ Quang Khả
Mssv : 11371791
Lớp: DHHO7BLT
Chuyên ngành: Công nghệ Hóa hữu cơ
Tên đồ án: Thiết kế hệ thống tháp chưng luyện tách hỗn hợp Methanol – nước
Nhiệm vụ của đồ án: Yêu cầu về nội dung và Số liệu ban đầu
- Số liệu ban đầu:
1. Nồng độ Methanol trong nhập liệu (khối lượng): 38%.
2. Nồng độ Methanol trong sản phẩm đỉnh (khối lượng): 97%.
3. Nồng độ Methanol trong sản phẩm đáy (khối lượng): 3,2%.
4. Lưu lượng hỗn hợp đầu vào tháp (kg/h): F= 2000 (kg/h)
- Nội dung:
1. giới thiệu tổng quan về nguyên liệu và quy trình công nghệ
2. tính cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng.
3. tính toán và thiết kế thiết bị chính, phụ.
4. Bản vẽ(khổ A1):1 bản vẽ sơ đồ hệ thống thiết bị và 1 bản vẽ chi tiết thiết bị
chính
- 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
SVTH: Đỗ Quang Khả
3
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng

Trần Hoài Đức Phạn Văn Hưng
SVTH: Đỗ Quang Khả
4
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
LỜI MỞ ĐẦU
Công nghệ hóa học là một trong những ngành đóng góp rất lớn trong sự phát triển
của nền công nghiệp nước ta. Trong ngành sản xuất hóa chất cũng như sử dụng sản
phẩm hóa học, nhu cầu sử dụng nguyên liệu có độ tinh khiết cao phải phù hợp với
qui trình sản xuất hoặc nhu cầu sử dụng.
Ngày nay, các phương pháp được sử dụng để nâng cao độ tinh khiết là: chưng cất,
trích ly, cô đặc, hấp thu … Tùy theo đặc tính sản phẩm mà ta lựa chọn phương pháp
thích hợp. Hệ Methanol – nước là 2 cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta dùng phương pháp
chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho Methanol.
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.
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: Đỗ Quang Khả
5
Đồ án chưng cất Metanol – 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: Đỗ Quang Khả
6
Đồ án chưng cất Metanol – 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: Đỗ Quang Khả
7
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
1.1. Lý thuyết về chưng luyện
Chưng là phương pháp dùng để tách các hỗn hợp chất lỏng cũng như các 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 một nhiệt độ thì áp suất hơi của các cấu tử khác
nhau.
Khi chưng ta thu được nhiều sản phẩm và thường bao nhiêu cấu tử sẻ có bấy nhiêu
sản phẩm. Đối với trường hợp hỗn hợp chưng chỉ gồm hai cấu tử thì sản phẩm đỉnh
gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi bé còn sản
phẩm đáy gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi lớn.
Trong sản xuất có rất nhiều phương pháp chưng như chưng đơn giản, chưng bằng
hơi nước trực tiếp, chưng chân không và chưng luyện. Tùy thuộc vào điều kiện sẵn
có, tính chất hỗn hợp, yêu cầu về độ tinh khiết sản phẩm mà ta chọn phương pháp
chưng cho thích hợp.
- Chưng đơn giản dùng để tách các hỗn hợp gồm các cấu tử có độ bay hơi rất
khác nhau. Phương pháp này thường dùng để tách sơ bộ và làm sạch cấu tử
khỏi tạp chất.

- Chưng bằng hơi nước trực tiềp dùng tách các hỗn hợp gồm các chất khó bay
hơi và tạp chất không bay hơi, thường dùng trong trường hợp chất được
tách không tan vào nước
SVTH: Đỗ Quang Khả
8
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
- Chưng chân không dùng trong trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi cấu tử. Ví
dụ như trường hợp các cấu tử trong hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao
hay trường hợp các cấu tử có nhiệt độ sôi quá cao.
- Chưng luyện là phương pháp phổ biến nhất để tách hoàn toàn hỗn hợp các
cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan một phần hoặc hòa tan hoàn toàn vào
nhau.
- Chưng luyện ở áp suất thấp dùng cho các hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ
cao và hỗn hợp có nhiệt độ sôi cao.
- Chưng luyện ở áp suất cao dùng cho các hỗn hợp không hóa lỏng ở áp suất
thường.
- Chưng luyện ở áp suất thường (áp suất khí quyển ) dùng cho hỗn hợp không
thuộc các trường hợp trên.
Người ta tiến hành chưng luyện hỗn hợp cần chưng trong tháp chưng luyện, tháp
gồm nhiều đĩa, trên mỗi đĩa xảy ra quá trình chuyển khối giữa pha lỏng và pha hơi.
Hơi đi từ dưới lên qua các lổ của đĩa, lỏng đi từ trên xuống theo các ống chảy
chuyền, nồng độ các cấu tử và nhiệt độ sôi ở mỗi đĩa thay đổi theo chiều cao của
tháp. Do đó một phần cấu tử dễ bay hơi chuyển từ pha lỏng vào pha hơi và một
phần ít hơn chuyển từ pha hơi vào pha lỏng, lặp lại nhiều lần bốc hơi và ngưng tụ
như thế, hay nói một cách khác, với một số đĩa tương ứng, cuối cùng ở trên đỉnh
tháp ta thu được cấu tử dễ bay hơi ở dạng nguyên chất và ở tháp ta thu được cấu tử
khó bay hơi ở dạng nguyên chất.
Quá trình chưng luyện được thực hiện trong thiết bị loại tháp làm việc liên tục hoặc
gián đoạn.
Ở đây ta sẽ thiết kế hệ thống chưng luyện tháp mâm chóp làm việc liên tục với hỗn

hợp chưng là rượu mêtylic và nước. Khi chưng luyện liên tục, hỗn hợp đầu được
đưa vào tháp ở đĩa tiếp liệu (nằm ở phần giữa thân tháp) một cách liên tục, sản
phẩm đỉnh và sản phẩm đáy cũng được lấy ra liên tục.
SVTH: Đỗ Quang Khả
9
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
1.2. Ưu, khuyết điểm của phương pháp chưng đĩa chóp:
Ưu điểm: Tách được sản phẩm có độ tinh khiết cao, dễ khống chế quá trình, bề mặt
tiếp xúc pha tương đối lớn, trở lực không cao.
Khuyết điểm: Tiếp xúc pha không liên tục, cấu tạo phức tạp.
SVTH: Đỗ Quang Khả
10
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
1.2.1. Tính chất lý hóa của rượu mêtylic
1.2.1.1. Tính chất lý học:
Rượu mêtylic là chất lỏng không màu, tan vô hạn trong nước có mùi vị đặc trưng,
rất độc, chỉ một lượng nhỏ xâm nhập vào cơ thể cũng có thể gây mù lòa, lượng lớn
gây tử vong.
-Nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển t
0
s
= 64,5
0
C
- Khối lượng riêng ở 20
0
C ρ = 791,7 Kg/m
3
-Độ nhớt ở 20
0

C µ = 0,6.10
3
N.s/m
2
=0,6 cp
-Hệ số dẫn nhiệt ở 20
0
C λ = 0,179kcal/m.h.độ = 0,2082 W/m.độ
-Nhiệt dung riêng ở 20
0
C C
P
= 2570 J/kg.độ
-Nhiệt hóa hơi r = 262,79 kcal/kg ở 64,5
0
C
-Nhiệt độ nóng chảy t
nc
= -97,8
0
C
1.2.1.2. Tính chất hóa học:
Rượu mêtylic có công thức phân tử CH
3
OH

công thức cấu tạo
phân tử lượng: 32 đvC
Trong phân tử rượu mêtylic có 3 loại liên kết: C - H, C - O, O - H, trong đó hai liên kết
sau là liên kết cộng hóa trị phân cực, đó là do độ âm điện của O lớn hơn của C và H

nên trong cả hai liên kết đó cặp electron góp chung đều lệch về phía O làm cho
nguyên tử H trở nên linh động hơn. Rượu mêtylic có khả năng tham gia các phản
ứng sau:
- Làm phá vỡ liên kết C-OH với sự tách đi của nhóm -OH
- Làm phá vỡ liên kết -O-H với sự tách đi của -H.
SVTH: Đỗ Quang Khả
11
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
- Bị oxy hóa thành fomanđêhit:
CH
3
OH + CuO  HCHO + Cu
Rượu mêtylic được ứng dụng để sản xuất anđêhytfomic làm nguyên liệu cho công
nghệ chất dẻo.
1.2.1.3. Tính chất lý hóa của nước
- Nước là chất lỏng không màu, không mùi, không vị.
- Nhiệt độ sôi ở 760mmHg là 100
o
C.
- Hóa lỏng ở 0
0
C.
- Khối lượng riêng ρ = 997,08 kg/m
3
ở 25
0
C.
- Độ nhớt µ = 0,8937.10
3
N.s/m

2
= 893,7 Cp ở 25
0
C
- Nhiệt dung riêng C
P
= 0,99892 kcal/kg.độ ở 25
0
C
- Nhiệt hóa hơi ở áp suất khí quyển r = 540 kcal/kg
- Nước có công thức phân tử H
2
O, công thức cấu tạo H-O-H
- Nước là hợp chất phân cực mạnh, có thể hòa tan nhiều chất rắn, lỏng, khí
- Nước cần thiết cho sinh hoạt hằng ngày, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp,
xây dựng, giao thông vận tải.
- Nước dùng để điều chế oxy.
SVTH: Đỗ Quang Khả
12
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
1.3. Dây chuyền công nghệ:
Thiết kế như hình vẽ.
Hình 1: Sơ đồ quy trình chưng cất hỗn hợp methanol – nước
1. bể chứa 8. nồi nung
2. bơm 9. Thiết bị ngưng tụ
3. bồn cao vị 10.thiết bị phân tách hồi lưu
4. ống tuần hoàn 11.thiết bị làm lạnh
5. lưu lượng kế 12. Bồn chứa sản phẩm đỉnh
6. thiết bị đun sôi 13. Bồn chứa sản phẩm đáy
SVTH: Đỗ Quang Khả

13
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
7. tháp chưng cất 14. Bẫy hơi
Hỗn hợp methanol – nước từ bồn chứa số 1 được bơm theo bơm số 2, lên
bồn cao vị 3, đến lưu lượng kế 5, điều chỉnh van ,ổn định lưu lượng trước khi vào
thiết bị gia nhiệt số 6, tại đây hỗn hợp metanol - nước đi bên trong ống, hơi đốt đi
bên ngoài ống ( đây là thiết bị gia nhiệt dạng ống chùm ), hỗn hợp ra khỏi thiết bị ở
trạng thái lỏng sôi trước khi đi vào tháp ở mâm nhập liệu số 8. Tại đây chất lỏng đi
từ trên xuống, hơi đốt đi từ dưới lên, quá trình chuyển khối xảy ra khi 2 pha tiếp xúc
nhau, hơi đốt đi từ dưới lên sẽ kéo theo methanol dễ bay hơi, nước có nhiệt độ sôi
cao hơn nên sẽ đi xuống các mâm bên dưới. Tháp chưng cất được gia nhiệt bằng nồi
nung kettle ( đây là thiết bị gia nhiệt dạng ống chùm) , một phần methanol còn sót
lại ở đáy 3,2 % sẽ dẫn ra nồi nung kettle. Tại đây, methanol tiếp tục được gia nhiệt
bốc hơi trở về tháp cung cấp nhiệt lượng cho tháp, còn nước ở đáy thì được dẫn về
bồn chứa sản phẩm đáy.
Ở phần đỉnh tháp, methanol ( 97% ) và 1 phần nước (3%) sẽ được dẫn vào
thiết bị ngưng tụ số 9. Tại đây, hỗn hợp metanol - nước đi bên ngoài ống, nước làm
nguội đi bên trong ống, nước còn dư sẽ được ngưng tụ, đến bộ phận phân chia dòng
10, trở về tháp tháo ở trạng thái lỏng sôi. Tiến hành đo lưu lượng hồi lưu về tháp ở
mâm cao nhất của phần luyện, hơi methanol được dẫn đến thiết bị làm lạnh 11, ta
thu được sản phẩm đỉnh ở bồn chứa sản phẩm đỉnh.
SVTH: Đỗ Quang Khả
14
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
Các ký hiệu sử dụng trong quá trình tính toán:
G
F
: lượng hỗn hợp đầu.
G

D
: lượng sản phẩm đỉnh.
G
W
: lượng sản phẩm đáy.
a
F
: nồng độ phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu.
a
D
: nồng độ phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đỉnh.
a
W
: nồng độ phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy.
x
F
: nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu.
x
D
: nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong trong sản phẩm đỉnh.
x
W
: nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy.
Cấu tử dễ bay hơi A: rượu metylic, cấu tử khó bay hơi B: nước.
SVTH: Đỗ Quang Khả
15
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
2.1. TÍNH SỐ ĐĨA
2.1.1. Tính lượng hỗn hợp:
2. 1. 1.1. Nồng độ phần mol:

Tính F theo kmol/h:
Đổi nồng độ khối lượng ra nồng độ mol:
x
A
=
• x
F
= = 0,26 phần mol
• x
D
= = 0,95 phần mol
• x
W
= = 0,018 phần mol
2.1.1. 2. Lưu lượng hỗn hợp đầu và sản phẩm đáy:
Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp:
F = D + W (Công thức 3.52, trang 117, [3])
 92,64 = W + D (1)
Viết cho cấu tử dễ bay hơi:
F.x
F
= D.x
D
+ W.x
W
(Công thức 3.53, trang 117, [3])
 (2)
Từ (1) và (2) suy ra:

SVTH: Đỗ Quang Khả

16
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
Gọi là phân tử lượng trung bình của hỗn hợp đầu
= x
F
.M
A
+ (1-x
F
).M
B
= 0,26.32 + (1 – 0,26).18 = 21,64 (g)
2.1.2 Xác định số đĩa của tháp
2. 1. 2.1 Đường cong cân bằng - đồ thị t-x-y theo thực nghiệm:
Gọi x,y là nồng độ mol phần của thành phần lỏng và hơi của rượu mêtylic (tính theo
phần mol)
t (
0
C) là nhiệt độ sôi của hỗn hợp hai cấu tử (ở 760 mmHg).
Theo bảng IX.2a, trang 149, [2],ta có:
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
Dựa vào bảng số liệu này ta vẽ đồ thị đường cong cân bằng của hỗn hợp rượu
Metylic và nước (Hình 2).
SVTH: Đỗ Quang Khả
17
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
Hình 2: Đồ thị đường cong cân bằng của hỗn hợp rượu Metylic và nước.
Theo đồ thị đường cân bằng ta xác định được y

*
F
= 0,64 phần mol là nồng độ cấu tử
dễ bay hơi trong pha hơi cân bằng với pha lỏng trong hỗn hợp đầu ứng giá trị x
F
=
0,26.
Hình 3: Đồ thị biểu diễn đường cong sôi
Theo đồ thị đường cong sôi ta xác định được nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu t
s
F
=79
o
C,
của sản phẩm đỉnh t
s
D
= 65
o
C, của sản phẩm đáy t
s
W
= 98
o
C.
a(%khối lượng) x(phần mol) y(phần mol) Kmol/h
Nhiệt độ sôi
a
F
= 38 x

F
= 0,26 y
F
= 0,64 92,64 79
a
D
= 97 x
D
= 0,95 y
D
= 0,98 24,06
65
SVTH: Đỗ Quang Khả
18
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
a
w
= 3,2 x
w
=0,018 y
w
= 0,09 68,58
98
Chỉ số hồi lưu tối thiểu là:
R
xmin
= (Công thức IX.24, trang 158, [2])
R
min
= = 0,81

Để xác định số đĩa lý thuyết của tháp bằng cách dựa vào phương trình đường nồng
độ làm việc của đoạn luyện và đoạn chưng.
Phương trình làm việc của đoạn luyện
y = .x + (Công thức IX.20, trang 118, [2])
Phương trình làm việc của đoạn chưng:
X = .y + .(Công thức IX.22, trang 158, [2])
Với: L = =
Chỉ số hồi lưu thích hợp: R
th
β: hệ số hiệu chỉnh; β = (1,2 ÷ 2,5)
R
min
: chỉ số hồi lưư tối thiểu
Mà: R
th
= 1.3.R
min
+0,3 (Công thức IX.25b, trang 159, [2])
= 1,3. 0,81 + 0,3 = 1,35
SVTH: Đỗ Quang Khả
19
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
Phương trình làm việc của đoạn luyện
y = 0,57x + 0,4
Phương trình làm việc của đoạn chưng:
x = 0,45y + 0,54
Tương ứng với R
th
= 1,35 thì số đĩa lý thuyết của tháp là 9 (đĩa), 3 đoạn chưng, 5
đoạn luyện, 1 mâm nhập liệu.

2.1. 2.2. Xác định số đĩa thực tế:
Số đĩa thực tế được xác định theo công thức:
N
tt
= (Công thức IX.59, trang 170, [2])
Với

là hiệu suất trung bình của thiết bị, là hàm của độ bay hơi tương đối α và
độ nhớt µ của hỗn hợp µ = f(α,η).
α = (Công thức IX.61, trang 171, [2])
Độ nhớt: lgµ
hh
= n.lgµ
1
+ (1-n)lgµ
2
n là nồng độ cấu tử thứ nhất
n -1 là nồng độ cấu tử thứ hai
µ
1
, µ
2
là độ nhớt hai cấu tử.
(Độ nhớt của rượu mêtylic theo nhiệt độ được tra ở bảng dùng cho toán đồ h.I.18,
trang 93, [1], độ nhớt của nước theo nhiệt độ được tra ở bảng I.102, trang 94, [1]).
η= η
tb
= η
1
+ η

2
+ η
3
) (Công thức IX.60, trang 171, [2])
Với η
1
là hiệu suất ứng với đĩa trên cùng
η
2
là hiệu suất ứng với đĩa tiếp liệu
SVTH: Đỗ Quang Khả
20
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
η
3
là hiệu suất ứng với đĩa cuối cùng
- Ứng với đĩa tiếp liệu:
Độ bay hơi:
α
F
=
Độ nhớt: với t
S
F
= 79
o
C
lgµ
F
=

= 0,26.lg0,28 + (1 - 0,26).lg0,3610 = -0,471
=> µ
F
= 0,338 (Cp)
Tích µ
F
.α
F
= 0,338.5,066 = 1,71. Tra đồ thị hình IX.11, trang 171, [2] ta được hiệu
suất của đĩa tiếp liệu η
2
= 42 %.
- Ứng với đĩa trên cùng:
Độ bay hơi:
α
D
=
Độ nhớt: với t
S
D
= 65
o
C
lgµ
D
=
= 0,95.lg0,34 + (1 - 0,95).lg0,4355 = -0,46
=> µ
D
= 0,35 (Cp)

Tích µ
D
.α
D
= 0,4 . 2,577 = 0,9. Tra đồ thị hình IX.11, trang 171, [2], ta được hiệu
suất của đĩa trên cùng η
1
= 50%.
- Ứng với đĩa cuối cùng:
Độ bay hơi:
α
W
=
Độ nhớt: với t
S
W
= 98
o
C
lgµ
W
=
= 0,018.lg0,22 + (1 - 0,018).lg0,2868 = -0,542
SVTH: Đỗ Quang Khả
21
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
=> µ
W
= 0,287 (Cp)
Tích µ

w
.α
w
= 0,287 . 5,39 = 1,55. Tra đồ thị hình IX.11, trang 171, [2], ta được hiệu
suất của đĩa trên cùng η
3
= 46%.
Vậy hiệu suất trung bình:
η
tb
= (η
1
+ η
2
+ η
3
) = (42 + 50 + 46) = 46 (%)
Số đĩa thực tế là:
N
tt
=
Vậy thực tế phải chọn 20 đĩa, trong đó số đĩa đoạn chưng là 7 đĩa và số đĩa đoạn
luyện là 12 đĩa, 1 đĩa nhập liệu.
(y
F
, y
P
, y
W
được xác định từ đồ thị đường cân bằng hình 1)

SVTH: Đỗ Quang Khả
22
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
2.2. Tính đường kính thiết bị
Đường kính tháp: (công thức IX.89, trang 181, [2])
D = , m
Hoặc D = 0,0188. , m
Trong đó: V
tb
- lượng hơi trung bình đi trong tháp, m
3
/h
ω
tb
- tốc độ hơi trung bình đi trong tháp, m/s
g
tb
- lượng hơi trung bình đi trong tháp, kg/h
(ρ
y
.ω
y
)
tb
- tốc độ hơi trung bình đi trong tháp, kg/m
2
.s
2.2.1. Đường kính đoạn luyện:
2.2.1.1. Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện g
tb

: có thể xem gần đúng
bằng trung bình cộng lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp g
đ
và lượng hơi đi
vào dưới cùng g
1
của đoạn luyện:
g
tb
= , kg/h
Trong đó, g
đ
= G
R
+G
d
= G
d
(R
X
+1) (công thức IX.92, trang 181, [2]).
Với G
R
: lượng lỏng hồi lưu, kg/h
G
d
: lượng sản phẩm đỉnh, kg/h
R
X
: chỉ số hồi lưu

= > g
đ
= 742,1.(1,35+1) = 1743,9 kg/h
Lượng hơi đi vào đĩa đầu tiên của đoạn luyện được xác định theo hệ phương trình
cho ở trang 182 Sổ tay QTTB tập 2:

SVTH: Đỗ Quang Khả
23
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
Trong đó x
1
= a
F
= 0,38 (phần khối lượng)
x
d
= a
d
= 0,97 (phần khối lượng)
G
1
:lượng lỏng đĩa thứ nhất đoạn luyện
r
đ
: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi đỉnh tháp
r
1
: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất đoạn luyện
r
1

= r
a
.y
1
+ (1-y
1
).r
b

r
đ
= r
a
.y
1
+ (1-y
đ
).r
b
r
a
, r
b
: ẩn nhiệt hóa hơi của rượu metylic và nước.
y
đ
= 0,03 phần khối lượng.
*Tính r
1
: hỗn hợp đầu vào tháp ở 79

o
C nên ta phải tính r
a
, r
b
ở 79
o
C.
(Theo bảng I.212, trang 254, [1]) ta có:
Ơ 60
o
C r
a1
= 265 kcal/kg
r
b1
=579 kcal/kg
Ở 100
o
C r
a2
= 242 kcal/kg
r
b2
= 539 kcal/kg
= > kcal/kg
kcal/kg
= > kcal/kg.độ
kcal/kg.độ
Theo phương pháp nội suy ta tính r

a
, r
b
ở 79
o
C:
r
a
79
= r
a
60
+ kcal/kg
SVTH: Đỗ Quang Khả
24
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
r
b
79
= r
b
60
+ kcal/kg
Vậy r
1
= r
a
.y
1
+(1-y

1
).r
b
= 254,1.y
1
+ (1-y
1
).560
= 560 – 305,9.y
1

*Tính r
đ
: hơi đi ra khỏi đỉnh tháp ở nhiệt độ 65
o
C, tương tự như trên:
r
a
65
= r
a
60
+ kcal/kg
r
b
65
= r
b
60
+ kcal/kg

Vậy r
đ
= r
a
.y
đ
+ (1- y
đ
).r
b
= 266,375.0,97 +(1-0,97).574
= 275,6 kcal/kg
Vậy ta có hệ phương trình :
Giải hệ ta được :
-Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện:
g
tb
=
-Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện:
G
tb
=
-Thành phần hơi cân bằng đi trên đoạn luyện:
SVTH: Đỗ Quang Khả
25