Đồ án môn học " Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước " pot

Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
Phần 1 : MỞ ĐẦU
I.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 trưòng 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
- 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 súât 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 phàn
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.
Trang 1
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
Ơ đây ta sẽ thiết kế hệ thống chưng luyện tháp 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.
II.Tính chất lý hóa của rượu mêtylic
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
2.Tính chất hóa học:
Rượu mêtylic có công thức phân tử : CH
3
OH H
công thức cấu tạo : H - C - O - H
H
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.
- 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.
III.Tính chất lý hóa của nước
- Nước là chất lỏng không màu ,không mùi ,không vị.
- Nhiệt độ sôi ở 760mmHg là 100
0
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
Trang 2
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
- 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.
IV.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 phúc tạp.
V.Dây chuyền công nghệ:
Thiết kế như hình vẽ.
Hỗn hợp đầu từ bể chứa 1 được bơm 2 bơm lên thùng cao vị 3rồi theo ống dẫn qua
van điều chỉnh lưu lượng 5 (điều chỉnh lượng hỗn hợp đầu vào tháp) đến thiết bị đun sôi
hỗn hợp đầu 6 .Sự có mặt của thùng cao vị đảm bảo cho lượng hỗn hợp đầu vào tháp
không dao động ,trong trường hợp công suất bơm quá lớn hỗn hợp đầu sẽ theo ống tuần
hoàn 4 tràn về bể chứa hỗn hợp đầu .Thiết bị đun sôi 6 là thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm
với tác nhân nóng là hơi nước bão hòa . Ra khỏi thiết bị đun sôi ,hỗn hợp đầu ở nhiệt độ
sôi đi vào tháp 7 ở đĩa nạp liệu .

Sản phẩm đỉnh ở dạng hơi được ngưng tụ hoàn toàn khi đi qua thiết bị ngưng tụ 8
đến thiết bị phân tách hồi lưu 9 ,một phần sản phẩm đỉnh hồi lưu trở về đỉnh tháp,phần
còn lại đi vào thiết bị làm nguội 10 được làm lạnh và đi vào bể chứa sản phẩm đỉnh
11.Thiết bị ngưng tụ 8 và thiết bị làm nguội 10 cũng là thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm
với tác nhân làm nguội là nước lạnh .
Sản phẩm đáy đi ra khỏi tháp ở đáy được dẫn vào bể chứa sản phẩm đáy 12 ,được
làm nguội tự nhiên .Sản phẩm đáy ở đây là nước có chứa một ít metylic nên được xủ lý
rồi thải ra môi trường .
13 là tháp chứa nước làm mát .
14 là bình phân phối hơi đốt .
Phần 2 : TÍNH CÔNG NGHỆ
Các ký hiệu sử dụng trong quá trình tính toán :
G
F
: lượng hỗn hợp đầu
G
P
: 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
P
: 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
P
: 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.
Trang 3
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
Chương I: TÍNH SỐ ĐĨA
I.Tính lượng hỗn hợp :
1.Nồng độ phần mol:
x
A
=
B
B
A
A
A
A
M
a
M
a
M
a

+
=> x
F
=
18623238
3238
+
= 0,2564 phần mol
=> x
P
=
1823298
3298
+
= 0,965 phần mol
=> x
W
=
1898322
322
+
= 0,0113 phần mol
2.Lưu lượng hỗn hợp đầu và sản phẩm đáy:
Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp:
F = P + W
(1)
Viết cho cấu tử dễ bay hơi:
F.x
F
= P.x

P
+ W.x
W

(2)
Từ (1) và (2) suy ra:
wP
xx
F
−
=
wF
xx
P
−
=
FP
xx
W
−
Vậy lượng sản phảm đỉnh là:
P = F.
wP
wF
xx
xx
−
−
= 2000.
0113,0965,0

0113,02564,0
−
−
= 514 Kg/h
Lượng sản phẩm đáy là:
W = F.
wP
FP
xx
xx
−
−
= 2000.
0113,0965,0
2564,0965,0
−
−
= 1486 Kg/h
Gọi
F
M
là phân tử lượng trung bình của hỗn hợp đầu
F
M
= x
F
.M
A
+ (1-x
F

).M
B
= 0,2564.32 + 0,7436.18 = 21,5896 (g)
Lượng hỗn hợp đầu tính theo Kmol/h là:
F =
5896,21
2000
= 92,637 (Kmol/h)
Lượng sản phẩm đỉnh tính theo Kmol/h là:
F = F.
wP
wF
xx
xx
−
−
= 92,637.
0113,0965,0
0113,02564,0
−
−
=23,808 (Kmol/h)
Trang 4
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
Lượng sản phẩm đáy tính theo Kmol/h là:
W = F.
wP
FP
xx
xx

−
−
= 92,637.
0113,0965,0
2564,0965,0
−
−
= 68,829 (Kmol/h)
II.Xác định số đĩa của tháp
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-Sổ tay QT&TBCN Hóa học Tập 2, trang 149 ,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 rươụ
metylic và nước (Hình 1) và đồ thị biểu diễn đường cong sôi (Hình 2) .
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.
Theo đồ thị đường cong sôi ta xác định được nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu t
s
F
=89

0
C ,của sản phẩm đỉnh t
s
P
= 65,5
0
C ,của sản phẩm đáy t
s
W
= 97
0
C .
Chỉ số hồi lưu tối thiểu được xác định bằng công thức :
R
xmin
=
F
F
F
P
xy
yx
−
−
*
*

=
2564,064,0
64,0965,0

−
−
= 0,847
Hình vẽ 1,2,3:
2.Xác định R
X
thích hợp :
Việc xác định R
X
thích hợp ta làm như sau:
Lấy vài giá trị R
X
> R
Xmin
, với mỗi giá trị R
X
đã lấy ta tính x
P
/(R
X
+1) là giá trị tung
độ của đường nồng độ làm việc , vẽ đường làm việc đoạn chưng và đoạn luyện ,từ đó
xác định số đĩa lý thuyết N ứng với mỗi giá trị R
X
.Lập đồ thị với trục tung là N.(R
X
+)
,trục hoành là R
X
(Hình 3). Từ đồ thị ,xác định điểm cực tiểu , từ điểm cực tiểu suy ra R

X
thích hợp .
R
Xopt
= 1,6
Từ R
X
thích hợp ,vẽ lại đường nồng độ làm việc đoạn chưng và đoạn luyện và xác
định được số đĩa lý thuyết.
N
lt
= 14 (đĩa) (4 đĩa chưng và 10 đĩa luyện).
3.Phương trình đường nồng độ làm việc:
Trang 5
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
Đoạn chưng :
x =
w
XX
X
x
RL
L
y
LR
R
.
1
.
1

+
−
+
+
+

Với L là lượng hồn hợp đầu tính trên 1 đơn vị sản phẩm đỉnh,
L=
891,3
808,23
637,92
==
P
F

=> x =
0113,0.
6,1891,3
1891,3
.
891,36,1
16,1
+
−
+
+
+
y

= 0,474.y + 0,0059

Đoạn luyện:
x =
1
.
1 +
+
+
X
P
X
X
R
x
x
R
R
=
16,1
965,0
.
16,1
6,1
+
+
+
x
= 0,615.x + 0,371
4.Xác định số đĩa thực tế :
Số đĩa thực tế được xác định theo công thức :
N

tt
=
tb
lt
N
η

Với
tb
µ
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 =
x
x
y
y −
−
1
.
1
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.
η= η
tb
=
.(
3
1
η
1
+ η
2
+ η
3
)
Với η
1
là hiệu suất ứng với đĩa trên cùng
η
2
là hiệu suất ứng với đĩa tiếp liệu
η
3
là hiệu suất ứng với đĩa cuối cùng
*Ứng với đĩa tiếp liệu :
Độ bay hơi:
α
F

=
156,5
2564,0
2564,01
.
64,01
64,01
.
1
=
−
−
=
−
−
F
F
F
F
x
x
y
y
Độ nhớt : với t
S
F
= 89
0
C
lgµ

F
=
OHFOHCHF
xx
23
lg).1(lg
µµ
−+
= 0,2564.lg0,33 + (1 - 0,2564).lg0,3202 = -0,491
=> µ
F
= 0,323 (Cp)
Trang 6
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
Tích µ
F
.α
F
= 0,323.5,156 = 1,665 .Tra đồ thị hình IX.11 trang 171Sổ tay
QT&TB CN Hóa học Tập 2 ta được hiệu suất của đĩa tiếp liệu η
2
= 44 %.
*Ứng với đĩa trên cùng :
Độ bay hơi :
α
P
=
777,1
965,0
965,01

.
98,01
98,01
.
1
=
−
−
=
−
−
P
P
P
P
x
x
y
y
Độ nhớt : với t
S
P
= 65,5
0
C
lgµ
P
=
OHPOHCHP
xx

23
lg).1(lg
µµ
−+
= 0,965.lg0,49 + (1 - 0,965).lg0,4324 = -0,3117
=> µ
P
= 0,488 (Cp)
Tích µ
F
.α
F
= 0,488.1,777 = 0,88 .Tra đồ thị hình IX.11 trang 171Sổ tay
QT & TB CN Hóa học Tập 2 ta được hiệu suất của đĩa trên cùng η
1
= 50 %.
*Ứng với đĩa cuối cùng:
Độ bay hơi:
α
W
=
608,7
0113,0
0113,01
.
08,01
08,01
.
1
=

−
−
=
−
−
w
w
w
w
x
x
y
y
Độ nhớt : với t
S
W
= 97
0
C
lgµ
W
=
OHwOHCHw
xx
23
lg).1(lg
µµ
−+
= 0,0113.lg0,293 + (1 - 0,0113).lg0,293 = -0,533
=> µ

W
= 0,293 (Cp)
Tích µ
F
.α
F
= 0,293.7,608 = 2,23 .Tra đồ thị hình IX.11 trang 171 Sổ tay
QT & TB CN Hóa học Tập 2 ta được hiệu suất của đĩa trên cùng
η
3
= 40 %.
Vậy hiệu suất trung bình:
η
tb
=
3
1
(η
1
+ η
2
+ η
3
) =
3
1
(44 + 50 + 40) = 44,667 (%)
Số đĩa thực tế là :
N
tt

=
3,31100.
667,44
14
==
tb
lt
N
η

Vậy thục tế phải chọn 31 đĩa , trong đó số đĩa đoạn chưng là 9 đĩa và số đĩa đoạn
luyện là 22 đĩa .
(y
F
, y
P
, y
W
được xác định từ đồ thị đường cân bằng hình 1)
(Độ nhớt của rượu mêtylic theo nhiệt độ được tra ở Bảng dùng cho toán đồ h.I.18
trang 93 Sổ tay QT&TB CN Hóa học Tập 2.
Độ nhớt của nước theo nhiệt độ được tra ở Bảng I.102 trang 94).
Chương II: TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THIẾT BỊ
Trang 7
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
Đường kính tháp được xác định từ công thức (IX.89) Sổ tay QT&TBCN Hóa
học :
D =
tb
tb

V
ωπ
.3600.
.4
, m
Hoặc D = 0,0188.
tbyy
tb
g
).(
ωρ
, 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
I.Đường kính đoạn luyện:
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
=
2
1
gg
d
+
, kg/h
Trong đó , g
đ
= G
R
+G
P
= G
P
(R
X

+1) công thức IX .92 trang 181 Sổ tay QTTB tập
2.
Với G
R
: lượng lỏng hồi lưu , kg/h
G
P
: lượng sản phẩm đỉnh, kg/h
R
X
: chỉ số hồi lưu
= > g
đ
= 514(1,6+1) = 1 336,4 kg/h
Lượng hơi đi vào đĩa đầu tiên của đoạn luyện được xác định theo hệ phương trình
cho ở trang 173 Sổ tay QTTB tập 2 :





=
+=
+=
dd
PP
P
rgrg
xGxGyg
GGg

11
1111
11

Trong đó x
1
= a
F
= 0,38 (phần khối lượng)
x
P
= a
P
= 0,98 (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
= a
P
= 0,98 phần khối lượng .
*Tính r
1
: hỗn hợp đầu vào tháp ở 89
0

C nên ta phải tính r
a
, r
b
ở 89
0
C.
Trang 8
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
Theo bảng I.212 trang 254 Sổ tay QTTB tập 1 ta có:
Ơ 60
0
C : r
a1
= 265 kcal/kg
r
b1
=579 kcal/kg
Ở 100
0
C r
a2
= 242 kcal/kg
r
b2
= 539 kcal/kg
= >
23
12
−=−=∆

aaa
rrr
kcal/kg
40
12
−=−=∆
bbb
rrr
kcal/kg
Cttt
0
12
4060100 =−=−=∆
= >
575,0
40
23
−=−=
∆
∆
b
r
a
kcal/kg.độ
1
40
40
−=−=
∆
∆

t
r
b
kcal/kg.độ
Theo phương pháp nội suy ta tính r
a
,r
b
ở 89
0
C :
r
a
89
= r
a
60
+
325,24829.575,0265)6089.( =−=−
∆
∆
t
r
a
kcal/kg
r
b
89
= r
b

60
+
55029579)6089.( =−=−
∆
∆
t
r
b
kcal/kg
Vậy r
1
= r
a
.y
1
+(1-y
1
).r
b
= 248,325.y
1
+ (1-y
1
).550
= 550 - 301,675.y
1

*Tính r
đ
:hơi đi ra khỏi đỉnh tháp ở nhiệt độ 65,5

0
C,tương tự như trên:
r
a
65,5
= r
a
60
+
84,2615,5.575,0265)605,65( =−=−
∆
∆
t
ra
kcal/kg
r
b
65,5
= r
b
60
+
5,5735,5579)605,65( =−=−
∆
∆
t
r
b
kcal/kg
Vậy r

đ
= r
a
.y
đ
+ (1- y
đ
).r
b
= 261,84.0,98 +(1-0,98).573,5
= 268,07 kcal/kg
Vậy ta có hệ phương trình :







−=
==
+=
+=
11
11
111
11
.675,301550
748,35824807,268.4,1336.
98,0.51438.0

514
yr
rg
Gyg
Gg
Giải hệ ta được :







=
=
=
=
hkgG
hkgg
kgkcalr
luongkhoiphany
/54,522
/54,1036
/62,345
)__(6775,0
1
1
1
1
-Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện :

g
tb
=
hkg
gg
d
/47,1186
2
54,10364,1336
2
1
=
+
=
+
-Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện :
Trang 9
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
G
tb
=
hkg
GRGGG
XPR
/47,672
2
54,5226,1.514
2
.
2

11
=
+
=
+
=
+
-Thành phần hơi cân bằng đi trên đoạn luyện :
y
tb
=
83,0
2
6775,098,0
2
1
=
+
=
+ yy
d
phần khối lượng
=0,73 phần mol
-Phân tử lượng trung bình của hỗn hợp hơi :
tb
M
= y
tb
.M
A

+(1- y
tb
).M
B
= 0,73.32 + (1-0,73).18 = 28,22 đvC
2.Tốc độ hơi trung bình đi trong đoạn luyện :
(ρ
y
ω
y
)
tb
= 0,065ϕ[σ].
ytbxtb
h
ρρ

,kg/m
2
.s - Công thức IX.105 trang
184 Sổ tay QTTB tập 2.
ρ
xtb
,ρ
ytb
:khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi tính theo nhiệt độ
trung bình , kg/m
3
.
h : khoảng cách các đĩa trong tháp,m,với giá trị h được chọn theo đường kính tháp .

ϕ[σ] : hệ số tính đến sức căng bề mặt.
*Tính ϕ[σ] ở nhiệt độ trung bình :
Nhiệt độ trung bình trong đoạn luyện :
t
tb
=
C
tt
PF
0
25,77
2
5,6589
2
=
+
=
+
Theo bảng I.242 trang 300 Sổ tay QTTB tập 1 ta có sức căng bề mặt của rươụ và
nước :
Ơ 60
0
C : σ
a1
= 19,3.10
3
N/m = 19,3 dyn/cm (metylic)
σ
b1
= 66,2 dyn/cm (nước)

Ơ 80
0
c : σ
a2
= 17,6 dyn/cm (metylic)
σ
b2
= 62,6 dyn/cm (nước)
= >
7,1
12
−=−=∆
aaa
σσσ
dyn/cm
6,3
12
−=−=∆
bbb
σσσ
dyn/cm
Cttt
0
12
206080 =−=−=∆
=>
085,0
20
7,1
−=−=

∆
∆
t
a
σ
dyn/cm.độ
18,0
20
6,3
−=−=
∆
∆
t
b
σ
dyn/cm.độ
Bằng phương pháp nội suy ta tính được sức căng bề mặt của metylic và nước ở
77,25
0
C :
σ
a
77,25
= σ
a1
60
+
)6025,77( −
∆
∆

t
a
σ
= 19,3 - 0,085(77,25 -60) = 17,83 dyn/cm
σ
b
77,25
= σ
b1
60
+
095,63)6025,77(18,02,66)6025,77( =−−=−
∆
∆
t
b
σ
dyn/cm
Sức căng bề mặt của hỗn hợp được xác định theo công thức I.76 trang 299 Sổ tay
QTTB tập 1:
Trang 10
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
bahh
σσσ
111
+=

= >
9,13
.

=
+
=
ba
ba
hh
σσ
σσ
σ
dyn/cm
Ta thấy σ
hh
< 20 dyn/cm nên chọn ϕ[σ] = 0,8.
*Tính khối lượng riêng trung bình :
Theo bảng I.2 trang 9 Sổ tay QTTB tập 1 ta có khối lượng riêng của metylic và
nước :
-Ở 60
0
C : ρ
a1
= 756 kg/m
3
(metylic)
ρ
b1
= 983 kg/m
3
(nước)
-Ở 80
0

C : ρ
a2
= 736 kg/m
3
(metylic)
ρ
b2
= 972 kg/m
3
(nước)
= >
20
12
−=−=∆
aaa
ρρρ
kg/m
3
11
12
−=−=∆
bbb
ρρρ
kg/m
3
Ct
0
206080 =−=∆
= >
1

20
20
−=−=
∆
∆
t
a
ρ
kg/m
3
.độ
55,0
20
11
−=−=
∆
∆
t
b
ρ
kg/m
3
.độ
Theo phương pháp nội suy ,tính khối lượng riêng của metylic và nước ở 77,25
0
C :
75,73825,17756)6025,77(
60
1
25,77

=−=−
∆
∆
+=
t
a
aa
ρ
ρρ
kg/m
3
( )
5,97325,17.55,09836025,77
6025,77
=−=−
∆
∆
+=
t
b
bb
ρ
ρρ
kg/m
3
Khối lượng riêng của hỗn hợp được tính theo công thức I.2 trang 5 Sổ tay QTTB tập 1:
b
b
a
a

hh
xx
ρρρ
+=
1
Với x
a
, x
b
: thành phần khối lượng trung bình của các cấu tử
x
a
=
68,0
2
38,098,0
=
+
phần khối lương
= > x
b
= 1-x
a
= 0,32 phần khối lượng
= >
3
10.249,1
1
−
=

hh
ρ

ρ
hh
= 800,6 kg/m
3
ρ
xTB
= ρ
hh
=800,6 kg/m
3
Khối lượng riêng của pha hơi xác định theo công thức I. 3 trang 5 Sổ tay QTTB tập
1:
0
.
.273
.
4,22 pT
pM
yTB
=
ρ
, p = p
0
= 1
Trang 11
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
982,0

25,77273
273
.
4,22
22,28
=
+
=
yTB
ρ
kg/m
3
Vậy tốc độ trung bình của hơi trong tháp :
hh
tbyy
458,1982,0.6,800 8,0.065,0)( ==
ωρ
kg/m
2
.s
Đường kính đoạn luyện :
D = 0,0188.
4
536,0
.458,1
47,1186
hh
=
Chọn h = 0,28 (m) = > D = 0,74 m
II.Đường kính đoạn chưng:

1.Lượng hơi trung bình trong đoạn chưng g’
tb
có thể xem gần đúng bằng trung bình
cộng lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng g’
n
và lưọng hơi đi vào đoạn chưng g’
1
:
g’
tb
=
2
''
1
gg
n
+
, kg/h - Công thức IX.96 trang 183 Sổ tay QTTB tập 2.
Vì lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện nên
g’
n
= g
1
= 1036,54 kg/h
Luợng hơi đi vào đọan chưng g’
1
, luợng lỏng G’
1
và hàm lượng lỏng x’
1

được xác
định theo hệ phương trình cho ở trang 183 Sổ tay QTTB tập 2 :







==
+=
+=
)3(
1111
)2(
111
)1(
11
.'.''.'
''.'
''
rgrgrg
xGygxG
GgG
nn
æææ
æ
Trong đó r’
1
:ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn

chưng ,được tính theo công thức :
r’
1
= r
a
.y’
1
+ (1-y’
1
).r
b

với y’
1
= y
W
là thành phần cấu tử dễ bay hơi (metylic) trong pha hơi cân bằng với
pha lỏng trong sản phẩm đáy .Dựa vào đồ thị đường cân bằng (H.1) ứng với x
W
= 0,0113
ta có y
W
= 0,08 phần mol ứng với phần khối lượng :
y’
1
=
134,0
18.92,032.08,0
32.08,0
=

+
phần khối lượng.
Theo đồ thị đường cong sôi (H.2) ta có sản phẩm đáy có nhiệt độ sôi là 97
0
C, theo
các số liệu
11
,,,,
baba
rrtrr ∆∆∆
đã có ở phần tính toán đường kính đoạn luyện ta có :
r
a
97
= r
a
60
+
725,24337.575,0265)6097( =−=−
∆
∆
t
r
a
kcal/kg
r
b
97
= r
b

60
+
54237579)6097( =−=−
∆
∆
t
r
b
kcal/kg
= > r’
1
= r
a
97
.y’
1
+ (1-y’
1
).r
b
97
= 243,75.0,134 + (1-0,134).542 = 502,23 kcal/kg
Thay r’
1
, g
1
, r
1
vào (3) :
g’

1
.502,03 = 1036,54.345,62
= > g’
1
= 713,6 kg/h
Trang 12
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
Thay vào (1):
G’
1
= 713,6 + 1486 = 2199,6 kg/h
Thay vào (2) :
2199,6.x’
1
= 713,6.0,9887 + 1486.0,0113
= > x’
1
= 0,328 phần khối lượng
Vậy lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng :
g’
tb
=
hkg
gg
n
/07,875
2
6,71354,1036
2
''

1
+
=
+
Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn chưng :
G’
tb
=
hkg
GG
/07,1361
2
6,219954,522
2
'
11
=
+
=
+
Thành phần hơi trung bình đi trong đoạn chưng :
y’
tb
=
2
''
1 n
yy +
với y’
n

là hàm lượng trên đĩa trên cùng đoạn chưng xem bằng hàm lượng hơi đĩa thứ
nhất đoạn luyện y’
n
= y
1
= 0,6775 phần khối lượng
= 0,54 phần mol
= > y’
tb
=
31,0
2
54,008,0
=
+
phần mol
Phân tử lượng trung bình của hỗn hợp hơi trong đoạn chưng :
'M
hh
= y’
tb
.M
A
+ (1-y’
tb
).M
B

=0,31.32 + 0,69.18 = 22,34 đvC
2.Tốc độ hơi trung bình trong đoạn chưng

(ρ’
y
ω’
y
)
tb
=0,065ϕ[σ].
ytbxtb
h '.'.
ρρ

ρ’
xtb
,ρ’
ytb
: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi tính theo nhiệt độ
trung bình , kg/m
3
h : khoảng cách các đĩa trong đoạn chưng ,giá trị của h chọn theo đường kính tháp .
ϕ[σ] :hệ số tính đến sức căng bề mặt
*Tính ϕ[σ] ở nhiệt độ trung bình đoạn chưng t
tb
=
C
tt
æF
0
93
2

9789
2
=
+
=
+
:
Tra sức căng bề mặt của metylic và nước ở bảng I.242 trang 300 Sổ tay QTTB tập 1
,ta có :
σ
a1
80
= 17,6 dyn/cm , σ
a2
100
= 15,7 dyn/cm
σ
b1
80
= 62,6 dyn/cm , σ
b2
100
= 58,9 dyn/cm
Tính tương tự như phần luyện :
cmdyn
t
a
aa
/365,1613.095,06,17)8093(
80

1
93
=−=−
∆
∆
+=
σ
σσ
cmdyn
t
b
bb
/195,6013.185,06,62)8093(
80
1
93
=−=−
∆
∆
+=
σ
σσ
Sức căng bề mặt của hỗn hợp :
Trang 13
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
bahh
σσσ
111
+=
= >

ba
ba
hh
σσ
σσ
σ
+
=
.
σ
hh
= 12,867 dyn/cm
*Tính khối lượng riêng trung bình pha lỏng :
Tra khối lượng riêng của metylic và nước ở bảng I.2 trang 9 Sổ tay QTTB tập 1, ta
được : ρ
a1
80
= 736 kg/m
3
, ρ
a2
100
= 714 kg/m
3

ρ
b1
80
= 972 kg/m
3

, ρ
b2
100
= 958 kg/m
3
Bằng phương pháp nội suy ta có :
3
80
1
93
/7,72113.1,1736)8093( mkg
t
a
aa
=−=−
∆
∆
+=
ρ
ρρ
3
80
1
93
/9,96213.7,0972)8093( mkg
t
b
bb
=−=−
∆

∆
+=
ρ
ρρ
Khối lượng riêng của hỗn hợp :
b
b
a
a
hh
xx
ρρρ
+=
1
x
a
,x
b
:phần khối lượng trung bình của metylic và nước trong hỗn hợp
x
a
=
2,0
2
02,038,0
2
=
+
=
+

æF
xx
, x
b
= 1- x
a
= 0,8 phần khối luợng
= > ρ
hh
= 902,53 kg/m
3
= ρ
xt
Khối lượng riêng của pha hơi :
3
/744,0
93273
273
.
4,22
'
mkg
M
hh
ytb
=
+
=
ρ
Vậy tốc độ trung bình của hơi trong đoạn chưng :

hh
tbyy
437,1744,0.53,902.8,0.065,0)''( ==
ωρ
Đường kính đoạn chưng :
D = 0,0188.
h
g
tbyy
tb
.437,1
07,857
0188,0
)''(
'
=
ωρ
D =
4
464,0
h
, m
Chọn h = 0,28 m = > D = 0,64 m.
Vậy đường kính đoạn chưng là 0,64 m , đường kính đoạn luyện là 0,72 m nên ta
chọn đường kính chung cho tháp là 0,8 m với khoảng cách các đĩa là 0,3 m .

Chương III: CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
Gọi Q
D1
là nhiệt lượng do hơi nưóc cung cấp để đun sôi hỗn hợp đầu.

Q
f
là nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào thiết bị đun sôi hỗn hợp.
Trang 14
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
Q
F
là nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra khỏi thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu.
Q
m
là nhiệt lượng do mất mát .
Q
y
là nhiệt lượng do hơi mang ra khỏi tháp chưng
Q
R
là nhiệt lượng do lượng hồi lưu mang vào tháp .
Q
h
là nhiệt lượng do hơi mang ra khỏi thiết bi ngưng tụ hồi lưu.
Q
D2
là nhiệt lượng do hơi đốt đun sôi ở đáy tháp mang vào .
I.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu :
Q
D1
+ Q
f
= Q
F

+ Q
m

(8)
1.Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào Q
D1
:
Q
D1
= D
1
.r
1
- Công thức IX.150 trang 196 Sổ tay QTTB tập 2
D
1
: lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi hỗn hợp đầu , kg/h.
r
1
:ẩn nhiệt hóa hơi của hơi nước ,J/kg.
Vì nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu là 89
0
C nên nhiệt độ của hơi nưóc phải cao ,chọn
133
0
C tương ứng với nước sôi ở áp suất 3 at (bảng I.97 trang 230 Sổ tay QTTB tập 1).
Theo toán đồ xác định nhiệt hóa hơi trang 255 Sổ tay QTTB tập 2 ta có nhiệt hóa hơi của
nước ở 133
0
C là r

1
= 440 Kcal/kg = 1842,2 KJ/kg.
2.Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu Q
f
:
Q
f
= F.C
f
.t
f
, J/h. -Công thức I X.151 trang 196 Sổ tay QTTB tập 2.
Với C
f
: nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu ,J/kg.độ
t
f
: nhiệt độ đầu của hỗn hợp , xét ở 25
0
C .
Ta có : C
f
= a
A
.C
A
+ (1-a
A
).C
B

.
a
A
: nồng độ phần khối lượng trong hỗn hợp đầu , a
A
= 0,38
C
A
,C
B
: nhiệt dung riêng của metylic và nước ở 25
0
C .
*Nhiệt dung riêng của metylic ở 25
0
C :
Tra bảng I.154 trang 172 Sổ tay QTTB tập 1 được nhiệt dung riêng của metylic
theo nhiệt độ :
C
A
20
= 2570 J/kg.độ , C
A
40
= 2670 J/kg.dộ
= > Nhiệt dung riêng của metylic ở 25
0
C là:
C
A

25
= C
A
20
+
kgdoJ
CC
AA
/25795.52570)2025(
2040
2040
=+=−
−
−

*Nhiệt dung riêng của nước ở 25
0
C :
Tra bảng I.147 trang 165 Sổ tay QTTB tạp 1 ta có nhiệt dung riêng của nước ở 25
0
C
là C
B
25
= 0,99892 kcal/kg.độ = 4182,3 J/kg.độ
Vậy C
f
= 0,3.2595 + (1-0,3).4182,3 = 3706,11 J/kg.độ
Q
f

= 2000.3706,11.25 = 185306 KJ/h
3.Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra khỏi thiết bị đun sôi Q
F
:
Q
F
= F.C
F
. t
F
, J/h - Công thúc IX.152 trang 196 Sổ tay QTTB tập 2 .
Với C
F
: nhiệt dung riêng hỗn hợp đi ra thiết bị đun sôi.
t
F
= 89
0
C .
Trang 15
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
Ta có : C
F
= a
F
.C
A
+ (1-a
F
).C

B

C
A
,C
B
:nhiệt dung riêng của metylic và nước ở 89
0
C .
Tra bảng nhiệt dung riêng và theo phương pháp nội suy ta có :
Nhiệt dung riêng của metylic ở 89
0
C :
C
A
89
= C
A
80
+
kgdoJ
CC
AA
/25,29079.
20
28602965
2860)8089(
80100
80100
=

−
+=−
−
−
Nhiệt dung riêng của nước ở 89
0
C :
C
B
89
= 1,0048 Kcal/kg.độ = 4206,9 J/kg.độ
= > C
F
= 0,3.2907,25 + 0,7.4206,9 = 3817 J/kg.độ
Vậy Q
F
= 2000.3817.89 = 679426,89 J/h .
4.Nhiệt lượng tổn hao ra môi trường xung quanh Q
m
:
Q
m
= 0,05.Q
D1

Thay vào (*) :
Q
D1
+ Q
f

= Q
F
+ 0,05.Q
D1

= > Q
D1
=
hkJ
QQ
fF
/3,520127
95,0
=
−
= > Q
m
= 0,05.520127,3 = 26006,4kJ/h
5.Lượng hơi đốt cần dùng để đun sôi hỗn hợp đầu :
Q
D1
= D
1
.r
1
= > D
1
=
hKg
r

Q
D
/3,282
2,1842
3,520127
1
1
==
II.Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện :
Phương trình cân bằng nhiệt của tháp chưng luyện :
Q
F
+Q
D2
+ Q
R
= Q
h
+ Q
W
+ Q
m

(** )
1.Lượng nhiệt do lượng lỏng hồi lưu mang vào tháp Q
R
:
Q
R
= C

R
.P.R
X
.t
R
,J/h - Công thức IX.158 Sổ tay QTTB tập 2
Với R
X
: chỉ số hồi lưu , R
X
= 1,6
P : lượng sản phẩm đỉnh, P = 514 kg/h
t
R
: nhiệt độ lỏng hồi lưu ,t
R
= t
F
= 65,5
0
C
C
R
: nhiệt dung riêng của lỏng hồi lưu,
C
R
= a
P
.C
A

+ (1-a
P
).C
B
C
A
,C
B
:nhiệt dung riêng của metylic và nước ở 65,5
0
C
Trang 16
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
Tra bảng nhiệt dung riêng của metylic và nước ở 60
0
C và 80
0
C , theo phương pháp
nội suy ta có :
C
A
65,5
= C
A
60
+
)605,65(
6080
6080
−

−
−
AA
CC
=
dokgJ ./5,2787)605,65(
20
27602860
2760 =−
−
+
C
B
65,5
=
kgdoKcal
CC
BB
/00072,1
2
00079,100065,1
2
6665
=
+
=
+
=4189,8 J/kg.độ
Vậy Q
R

= 2815,546.514.1,6.65,5 =515665,6 KJ/h
2.Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra Q
W
:
Q
W
= G
W
.C
W
.t
W
, J/h - Công thức I X trang 197 Sổ tay QTTB tập 2 .
Với G
W
: lượng sản phẩm đáy , G
W
= 1486 kg/h
C
W
: nhiệt dung riêng của sản phẩm đáy
t
W
: nhiệt độ sản phẩm đáy , t
W
= 97
0
C.
Nhiệt dung riêng của nước ở 97
0

C là :
C
B
97
= 1,00684 kcal/kg.độ = 4215,44 J/kg.độ
Do sản phẩm đáy có nồng độ metylic a
W
= 0,02 < 0,2 nên nhiệt dung riêng của sản
phẩm đáy được tính theo công thức I.43 trang 152 Sổ tay QTTB tập 1 :
C
W
= C
B
97
(1-a
W
) = 4215,44.(1-0,02) = 4131,13 J/kg.độ
Vậy nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra :
Q
W
= 1486.4131,13.97 = 595469,5 kJ/h
3.Nhiệt lượng do hơi mang ra khỏi tháp chưng Q
y
:
Q
y
= P.(1+R
X
).λ
đ

, J/h - Công thức IX.159 Sổ tay QTTB tập 2
Với P : lượng sản phẩm đỉnh , P = 514 kg/h .
Trang 17
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
λ
đ
:nhiệt lượng riêng của hơi ở đỉnh tháp ,được tính :
λ
đ
= λ
A
.a
A
+ λ
B
.(1-a
A
)
λ
A
,λ
B
: nhiệt lượng riêng của metylic và nước ở đỉnh tháp
a
A
: phần khối lượng cấu tử dễ bay hơi (metylic) trong sản
phẩm đỉnh ,a
A
= 0,98 .
Nnhiệt dung riêng một cấu tử được tính theo:

λ = r + C.t
với r: ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử đó.J/kg
C :nhiệt dung riêng của cấu tử ở nhiệt độ t = t
P
= 65,5
0
C
Nhiệt dung riêng của metylic ở 65,5
0
C :
C
A
= 2787,5 J/kg.độ
Nhiệt dung riêng của nước ở 65,5
0
C :
C
B
= 4189,8 J/Kg.độ
(Đã tính ở phần tính nhiệt lượng do lượng hồi lưu).
= > λ
đ
= (r
A
+ C
A
.t
P
).a
A

+ (r
B
+ C
B
.t
P
).(1 - a
A
)
= r
A
.a
A
+ r
B
.(1-a
A
) + [C
A
.a
A
+ C
B
.(1-a
A
)].t
P

= r + [C
A

.a
A
+ C
B
.(1-a
A
)].t
P
Với r = r
A
.a
A
+ r
B
.(1-a
A
) là ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp ,đã tính ở phần tính đường
kính đoạn luyện :
r
đ
= 268,07 kcal/kg = 1122360 J/kg
= > λ
đ
= 1122360 + (2787,5.0,98 + 4189,8.0.02).65,5
= 1306778 J/kg
Vậy nhiệt lượng do hơi mang ra khỏi đỉnh tháp :
Q
y
= 514.(1 + 1,6).1306778 = 1 746 378 kJ/h .
Trang 18

Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
4.Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào để đun sôi hỗn hợp ở đáy tháp Q
D2
:
Nhiệt lượng tổn hao Q
m
= 0,05.Q
D2
, thay vào (**) ,ta được :
95,0
)()(
2
RFæy
D
QQQQ
Q
+−+
=

=
43,1590268
95,0
)6,15166589,679426()5,5954691746387(
=
+−+
kJ/h
Do đó lượng hơi đốt sử dụng :
D
2
=

hkg
r
Q
D
/384,703
872,2260
43,1590268
1
2
==
Lượng nhiệt tổn hao :
Q
m
= 0,05.Q
D2
= 79 513 421,5 J/h
III.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tu hồi lưu:
Ta dùng thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm ngưng tụ hoàn toàn sản phẩm đỉnh .
P.(R
X
+1).r = G
n1
.C
n
(t
2
- t
1
) -Công thức IX.164 Sổ tay QTTB tập 2 .
Với P : lượng sản phẩm đỉnh , P = 514 kg/h

R
X
: chỉ số hồi lưu , R
X
= 1,16
G
n1
:lượng nước cần dùng cho thiết bị ngưng tụ hồi lưu.
t
1
,t
2
:nhiệt độ của nước đi vào và ra khỏi thiết bị ngưng tụ hồi lưu , chọn
t
1
= 25
0
C , t
2
= 45
0
C .
= > Nhiệt độ trung bình trong thiết bị ngưng tụ hồi lưu : t
tb
=
C
tt
0
21
35

2
=
+
C
n
:nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ trung bình 35
0
C ,theo bảng
I.147 trang 165 Sổ tay QTTB tập 1 thì C
n
= 0,99859 kcal/kg.độ ,
=> C
n
= 4180,89 J/kg.độ
r : ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đi ra khỏi đỉnh tháp , đã tính trong phần
đường kính đoạn luyện , r = 268,07 kcal/kg = 1122,36 kJ/kg .
Trang 19
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
Vậy lượng nước lạnh cần dùng cho thiết bị ngưng tụ hồi lưu :
G
n1
=
hkg
ttC
rRP
n
X
/83,17937
)2545(89,4180
1122360).16,1.(514

).(
).1.(
12
=
−
+
=
−
+
IV.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh:
Dùng thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm .
P.C
P
.(t’
1
-t’
2
) = G
n2
.C
n
(t
2
-t
1
) - Công thức IX.167 trang 198 Sổ tay
QTTB tập 2 .
Với G
n2
:lượng nước lạnh dùng cho thiết bị , kg/h

C
P
: nhiệt dung riêng sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ ,J/kg.độ
t
2
’,t
1
’: nhiệt độ đầu và cuối của sản phẩm đỉnh khi qua thiết bị làm lạnh ,
t
2
’ = 65,5
0
C , t
1
’ = 35
0
C .
t
1
,t
2
:nhiệt độ của nước đi vào và ra khỏi thiết bị làm lạnh , chọn t
1
=
25
0
C , t
2
= 45
0

C . => t
tb
= 35
0
C.
C
n
:nhiệt dung riêng của nước ở 35
0
C , C
n
= 4180,89 J/kgđộ
C
P
: nhiệt dung riêng sản phẩm đỉnh ở t
tb
=
C
0
25,50
2
355,65
=
+
.
Tính nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh ở 50,25
0
C :
C
P

= a
A
.C
A
+ (1-a
A
).C
B
Tra bảng I.154 trang 172 Sổ tay QTTB tập 1 ta có nhiệt dung riêng của rượu metylic
theo nhiệt độ :
C
A
40
= 2670 J/kg.độ , C
A
60
= 2760 J/kg.độ
= > C
A
50,25
= C
A
40
+
)4025,50(
4060
4060
−
−
−

AA
CC
=
13,2716)4025,50(
2060
26702760
2670 =−
−
−
+
J/kg.độ
Nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ 50,25
0
C:
C
B
50,25
= 0,99919 kcal/kg.độ = 4 183,4 J/kg.độ
Trang 20
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
Vậy C
P
= 0,98.2716,13 + 0,02.4183,4 =2 745,475 J/kg.độ
Lượng nước lạnh cần dùng cho thiết bị làm lạnh :
73,514
)2545.(89,4180
)355,65(475,2745.514
).(
)''(.
12

12
2
=
−
−
=
−
−
=
ttC
ttCP
G
n
P
n
kg/h.
Chương IV: TÍNH KẾT CẤU CỦA THÁP CHƯNG LUYỆN
I.Kết cấu dĩa phần luyện :


1.Tính toán: Các công thức có gía trị sau được tra ở trang 236 Sổ tay QTTB tập 2 :
- Đường kính ống hơi của chóp d
h
= 50 mm = 0,05 m
- Số chóp phân bố trên đĩa :
Trang 21
t
1
t
min

b
2
d
h
d
ch
l
1
d
c
h
2
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước

2
2
.1,0
h
d
D
n =

Với D : đường kính trong của tháp , m
d
h
: đường kính ống hơi của chóp , m
=>
6,25
05,0
8,0

.1,0
2
=






=n
. Chọn n = 26 (chóp ) .
- Chiều cao chóp phía trên ống dẫn hơi :
h
2
= 0,25.d
h
= 0,25.0,05 = 0,0125 m = 12,5 mm.
- Đường kính chóp :
2
2
).2(
chhhch
ddd
δ
++=
Với δ
ch
:chiều dày chóp , chọn δ
ch
= 2,5 mm

Vậy
33,74)5,2.250(50
22
=++=
ch
d
mm
- Khoảng cách từ mặt dĩa đến chân chóp :
S = 0 ÷ 25 mm , chọn S = 5 mm.
- Chiều cao mức chất lỏng trên khe chóp :
h
1
= 15 ÷ 40 mm , chọn h
1
= 20 mm
- Chiều cao khe chóp :
x
yy
g
b
ρ
ρωξ
.

2
=
Công thức trang IX.215 trang 236 Sổ tay QTTB tập 2.
Với ω
y
=

nd
V
h
y
3600
.4
2
π
; V
y
-lưu lượng hơi đi trong đoạn luyện ,m
3
/h ;
ξ - hệ số trở lực của đĩa chóp , chọn ξ = 2
ρ
x
,ρ
y
- khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và hơi ,kg/m
3
.
ρ
x
= 800,6 kg/m
3
; ρ
y
= 0,982 kg/m
3
.

*Tính V
y
:
V
y
=
hm
g
ytb
tb
/2,1208
982,0
47,1186
3
==
ρ
ρ
ytb
- khối lượng riêng trung bình pha hơi trong đoạn luyện , kg/m
3
.
⇒ ω
y
=
57,6
26.05,0 3600
2,1208.4
2
=
π

m/s .
⇒ Chiều cao của khe chóp
b =
m011,0
6,800.81,9
982,0.57,6.2
2
=
= 11 mm .
- Số lượng khe hở của mỗi chóp :
)
.4
(
2
b
d
d
c
i
h
ch
−=
π
Với g
tb
- lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện , kg/h .
Trang 22
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
Với c - khoảng cách giữa các khe , chọn c = 3 mm
⇒ i =

1827,17)
011,0.4
05,0
07433,0(
003,0
2
≈=−
π
khe .
- Đường kính ống chảy chuyền :
z
G
d
CX
X
c
3600
.4
ωρπ
=
;
Với G
X
- lưu lượng lỏng trung bình đi trong doạn luyện , kg/h
G
X
= 672,47 kg/h.
ρ
X
- khối lượng riêng trung bình của lỏng trong đoạn luyện,

ρ
X
= 800,6 kg/m
3
z - số ống chảy chuyền , chọn z = 1.
ω
C
- tốc độ chất lỏng trong ống chảy chuyền , chọn ω
C
= 0,15 m/s .
Vậy
md
C
045,0
1.15,0.6,800 3600
47,672.4
==
π

- Khoảng cách từ mép dưới ống chảy chuyền đến đĩa :
S
1
=0,25.d
C
= 0,25.0,045 = 0,01125 (m) = 11,25 (mm).
- Chiều cao ống chảy chuyền trên đĩa :
h
C
= (h
1

+b +S) - ∆h .
Trong đó : ∆h - chiều cao mức chất lỏng ở bên trên ống chảy chuyền :
∆h =
3
2
)
85,1.3600
(
C
d
V
π
Với V - thể tích chất lỏng chảy qua ,
V =
hm
G
X
X
/84,0
6,800
47,672
3
==
ρ
⇒ ∆h =
m0093,0)
045.0 85,1.3600
84,0
(
3

2
=
π
= 9,3 mm
⇒ h
C
= (20 + 11 + 5) - 9,3 = 26,7 mm.
- Bước tối thiểu của chóp trên đĩa :
t
min
= d
ch
+ 2.δ
ch
+ l
2
,
Với l
2
= 12,5 + 0,25.d
ch
= 31,08 mm , lấy l
2
= 35 mm
⇒ t
min
= 74,33 + 2.2,5 + 35 = 114,33 mm .
- Khoảng cách từ tâm ống chảy chuyền đến tâm chóp gần nhất :
t
1

=
1
22
l
dd
ch
ch
C
C
++++
δδ
Trong đó δ
C
- bề dày ống chảy chuyền , chọn δ
C
= 3 mm .
l
1
- khoảng cách nhỏ nhất giữa ống chảy chuyền và chóp ,chọn l
1
= 75
mm .
Trang 23
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
Vậy t
1
=
mm2,140755,2
2
33,74

3
2
45
=++++
2.Các kết cấu đĩa phần luyện :
- Đường kính ống hơi d
h
= 50 mm
- Số chóp n = 26 chóp
- Đường kính chóp d
ch
= 74,33 mm
- Chiều cao chóp trên ống dẫn hơi h
2
= 12,5 mm
- Khoảng cách từ mặt đĩa đến chân chóp S = 5 mm
- Chiều cao mức chất lỏng trên khe chóp h
1
= 20 mm
- Chiều cao khe chóp b = 11 mm
- Khoảng cách giữa các khe c =3 mm
- Số khe hở của mỗi chóp i = 18 khe
- Đường kính ống chảy chảy chuyền d
C
= 45 mm
- Chiều cao lớp chất lỏng ở trên ống chảy chuyền ∆h = 9,3 mm
- Khoảng cách từ mép dưới ống chảy chuyền đến đĩa S
1
= 11,25 mm
- Chiều cao ống chảy chuyền trên đĩa h

C
= 26,7 mm
- Bề dày ống chảy chuyền δ
C
= 3 mm
- Bề dày chóp δ
ch
= 2,5 mm
- Khoảng cách từ tâm ống chảy chuyền đến tâm chóp gần nhất
t
1
= 140,2 mm
- Koảng cách giữa hai tâm chóp t
min
= 114,33 mm
- Khoảng cách nhỏ nhất giữa hai chóp l
2
= 35 mm
- Khoảng cách nhỏ nhất giữa chóp và ống chảy chuyền l
1
= 75 mm .
II.Kết cấu đĩa đoạn chưng :
1.Tính toán: Các công thức có gía trị sau được tra ở trang 236 Sổ tay QTTB tập 2 :
- Đường kính ống hơi của chóp d
h
= 50 mm = 0,05 m
- Số chóp phân bố trên đĩa :

2
2

.1,0
h
d
D
n =

Với D : đường kính trong của tháp , m
d
h
: đường kính ống hơi của chóp , m
=>
6,25
05,0
8,0
.1,0
2
=






=n
. Chọn n = 26 (chóp ) .
- Chiều cao chóp phía trên ống dẫn hơi :
h
2
= 0,25.d
h

= 0,25.0,05 = 0,0125 m = 12,5 mm.
- Đường kính chóp :
2
2
).2(
chhhch
ddd
δ
++=
Trang 24
Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước
Với δ
ch
:chiều dày chóp , chọn δ
ch
= 2,5 mm
Vậy
33,74)5,2.250(50
22
=++=
ch
d
mm
- Khoảng cách từ mặt dĩa đến chân chóp :
S = 0 ÷ 25 mm , chọn S = 5 mm.
- Chiều cao mức chất lỏng trên khe chóp :
h
1
= 15 ÷ 40 mm , chọn h
1

= 20 mm
- Chiều cao khe chóp :
x
yy
g
b
ρ
ρωξ
.

2
=
Công thức trang IX.215 trang 236 Sổ tay QTTB tập 2.
Với ω
y
=
nd
V
h
y
3600
.4
2
π
; V
y
-lưu lượng hơi đi trong đoạn chưng ,m
3
/h ;
ξ - hệ số trở lực của đĩa chóp , chọn ξ = 2

ρ
x
,ρ
y
- khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và hơi ,kg/m
3
.
ρ
x
= 902,53 kg/m
3
; ρ
y
= 0,744 kg/m
3
.
*Tính V
y
:
V
y
=
hm
g
ytb
tb
/2,1176
744,0
07,875'
3

==
ρ
ρ
ytb
- khối lượng riêng trung bình pha hơi trong đoạn chưng , kg/m
3
.
⇒ ω
y
=
4,6
26.05,0 3600
2,1176.4
2
=
π
m/s .
⇒ Chiều cao của khe chóp
b =
m01,0
53,902.81,9
744,0.4,6.2
2
=
= 10 mm .
- Số lượng khe hở của mỗi chóp :
)
.4
(
2

b
d
d
c
i
h
ch
−=
π
Với g
tb
- lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện , kg/h .
Với c - khoảng cách giữa các khe , chọn c = 3 mm
⇒ i =
149,13)
01,0.4
05,0
07433,0(
003,0
2
≈=−
π
khe .
- Đường kính ống chảy chuyền :
z
G
d
CX
X
c

3600
.4
ωρπ
=
;
Với G
X
- lưu lượng lỏng trung bình đi trong đoạn chưng , kg/h
G
X
= 1361,07 kg/h.
ρ
X
- khối lượng riêng trung bình của lỏng trong đoạn chưng,
ρ
X
= 902,53 kg/m
3
z - số ống chảy chuyền , chọn z = 1.
Trang 25