Thiết kế tháp chưng cất hệ etanol nước hoạt động liên tục với nâng suất nhập liệu 2000 kgh có nồng độ 20% mol etanol ,thu được sản phẩm đỉnh có nồng độ 80% mol etanol với

LỜI MỞ ĐẦU
Một trong những ngành có sự đóng góp to lớn đến ngành công
nghiệp nước ta nói riêng và thế giới nói chung, đó là ngành công nghiệp
hóa học. Đặc biệt là ngành hóa chất cơ bản.
Hiện nay, trong nhiều ngành sản suất hóa học cũng như sử dụng sản
phẩm hóa học, nhu cầu sử dụng nguyên liệu hoặc sản phẩm có độ tinh khiết
cao phải phù hợp với quy trình sản suất hoặc nhu cầu sử dụng.
Ngày nay, các phương pháp được sử dụng để nâng cao độ tinh khiết:
trích ly, chưng cất, cô đặc, hấp thu… Tùy theo đặc tính yêu cầu của sản
phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp thích hợp. Đối với hệ Etanol -
Nước là 2 cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta phải dùng phương pháp chưng cất để
nâng cao độ tinh khiết cho Etanol.
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- thự c phẩm 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.
Nhiệm vụ của ĐAMH là thiết kế tháp chưng cất hệ Etanol - Nước
hoạt động liên tục với nâng suất nhập liệu : 2000 kg/h có nồng độ 20% mol
etanol ,thu được sản phẩm đỉnh có nồng độ 80% mol etanol với độ thu hồi
etanol là 99%.
Đây là lần đầu tiên tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế hệ thống tháp chưng
cất mang tính chất đào sâu chuyên ngành,do kiến thức và tài liệu còn hạn
chế nên em không thể tránh khỏi sai sót trong quá trình thiết kế . Em xin
chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của GVHD và quí thầy cô
bộ môn các bạn sinh viên để em có thể hoàn thành tốt đồ án này.
Huế, ngày 16 tháng 11 năm 2010
Sinh viên
1

PHẦN I: TỔNG QUAN
1. Những yêu cầu của đồ án:
• Hiểu được cách tra cứu sổ tay. Những số liệu liên quan đến hỗn
hợp etanol – nước như khối lượng riêng, nhiệt độ sôi,độ nhớt, nhiệt dung
riêng…của từng cấu tử để xử lý số liệu ban đầu mà đồ án đề ra.
• Hiểu được cách xây dựng một quy trình công nghệ sản xuất, hiểu
được cách thức vận hành sử chữa và bảo dưỡng thiết bị của dây chuyền đó.
• Tính toán và thiết kế một thiết bị (tháp chưng cất và các thiết bị
phụ). Bao gồm việc tính toán công suất thiết bị sao cho thích hợp với yêu
cầu đồ án. Nghiên cứu và đề ra cá cách khắc phục nếu có sự cố trong các
điều kiện vận hành khác nhau cũng như các yếu tố an toàn trong sản xuất
• Biết cách thiết lập một bản vẽ kỹ thuật và hiểu đúng các chi tiết
trong bản vẽ
2. Sơ lược về lý thuyết chưng luyện:
Trong các ngành công nghệ để phân riêng, hỗn hợp 2 hay nhiều cấu
tử hòa tan một phần hay hoàn toàn vào nhau, ta có thể sử dụng nhiều
phương pháp khác nhau như hấp thụ, hấp phụ, trích ly, chưng cất… Mỗi
phương pháp đều có những đặc thù riêng và có ưu nhược điểm nhất định.
Việc lựa chọn phương pháp và thiết bị cho phù hợp tùy thuộc vào hỗn hợp
ban đầu, yêu cầu sản phẩm và điều kiện kinh tế.
Đối với hỗn hợp etylen – nước là hỗn hợp 2 cấu tử hòa tan hoàn toàn
vào nhau có nhiệt độ sôi khác biệt nhau ở cung một điều kiện áp suất.
Phương pháp tối ưu để tách hỗn hợp này là chưng cất. Phương pháp này
dựa vào độ bay hơi khác nhau giữa các cấu tử bằng cách thực hiên quá
trình chuyển pha và trao đổi nhiệt giữa 2 pha lỏng – khí. Sản phẩm thu
được ở đỉnh gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần cấu tử có độ bay
hơi thấp hơn (chủ yếu là etanol và một phần là nước). Và sản phẩm đáy thu
được chủ yếu là cấu tử khó bay hơi và một phần cấu tử dễ bay hơi(chủ yếu
là nước một phần là etamol)
2

3 . Thiết bị chưng cất:
Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp nhưng chúng đều
có một yêu cầu cơ bản là diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều này
phụ thuộc vào độ phân tán của lưu chất này vaò lưu chất kia.
Tháp chưng cất rất phong phú về kích cỡ và ứng dụng, các tháp lớn
nhất thường được ứng dụng trong công nghiệp lọc hoá dầu. Kích thước của
tháp: đường kính tháp và chiều cao tháp tuỳ thuộc suất lượng pha lỏng, pha
khí của tháp và độ tinh khiết của sản phẩm. Ta khảo sát 2 loại tháp chưng
cất thường dùng là tháp mâm và tháp chêm.
• Tháp mâm: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các
mâm có cấu tạo khác nhau để chia thân tháp thành những đoạn bằng nhau,
trên mâm pha lỏng và pha hơi đựơc cho tiếp xúc với nhau. Tùy theo cấu tạo
của đĩa, ta có:
* Tháp mâm chóp : trên mâm bố trí có chép dạng: tròn, xú bắp, chữ s…
* Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm bố trí các lỗ có đường kính (3-
12mm).
• Tháp chêm (tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều đoạn 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.
* So sánh ưu và nhược điểm của các loại tháp :
Tháp chêm.
Tháp mâm xuyên
lỗ. Tháp mâm chóp.
Ưu điểm: - Đơn giản.
- Hiệu suất tương đối
cao. - Hiệu suất cao.
- Trở lực thấp.
- Hoạt động khá ổn
định.
- Hoạt động ổn

định.

- Làm việc với chất
lỏng bẩn.
Nhược
điểm:
- Hiệu suất
thấp. - Trở lực khá cao. - Cấu tạo phức tạp.

- Độ ổn định
kém.
- Yêu cầu lắp đặt
khắt khe -> lắp đĩa
thật phẳng. - Trở lực lớn.
- Thiết bị nặng.
- Không làm việc
với chất lỏng bẩn.
3
Nhận xét: tháp mâm xuyên lỗ là trạng thái trung gian giữa tháp chêm
và tháp mâm chóp. Nên ta chọn tháp chưng cất là tháp mâm xuyên lỗ.
Vậy để Chưng cất hệ Etanol - Nước ta dùng tháp mâm xuyên lỗ hoạt
động liên tục ở áp suất thường, cấp nhiệt gián tiếp ở đáy tháp.
4.Giới thệu nguyên liệu:
Nguyên liệu là hỗn hợp Etanol - Nước.
a . Etanol : (Còn gọi là rượu etylic , cồn êtylic hay cồn thực phẩm).
Etanol có công thức phân tử: CH
3
-CH
2
-OH, khối lượng phân tử: 46

đvC. Là chất lỏng có mùi đặc trưng, không độc, tan nhiều trong nước.
• Một số thông số vật lý và nhiệt động của etanol:
+ Nhiệt độ sôi ở 760 (mmHg): 78.3
o
C.
+ Khối lượng riêng: d
4
20
= 810 (Kg/m
3
).
• Tính chất hóa học:
Tất cả các phản ứng hoá học xảy ra ở nhóm hydroxyl (-OH) của
etanol là thể hiện tính chất hoá học của nó.
* Phản ứng của hydro trong nhóm hydroxyl:
CH
3
-CH
2
-OH CH
3
-CH
2
-O
-
+ H
+
Hằng số phân ly của etanol:
18
10

23
−
−−
=
OHCHCH
K
, cho nên etanol là chất
trung tính.
+ Tính acid của rượu thể hiện qua phản ứng với kim loại kiềm, Natri
hydrua (NaH), Natri amid (NaNH
2
):
CH
3
-CH
2
-OH + NaH CH
3
-CH
2
-ONa + H
2
Natri etylat
Do
14
10
223
−
−−
=<

OHOHCHCH
KK
: tính acid của rượu nhỏ hơn tính acid
của nước, nên khi muối Natri etylat tan trong nước sẽ bị thuỷ phân thành
rượu trở lại.
+ Tác dụng với acid tạo ester: Rượu etanol có tính bazơ tương đương
với nước. Khi rượu tác dụng với acid vô cơ H
2
SO
4
, HNO
3
và acid hữu cơ
đều tạo ra ester.
CH
3
-CH
2
-OH + HO-SO
3
-H CH
3
-CH
2
O-SO
3
-H + H
2
O
CH

3
-CH
2
O-H + HO-CO-CH
3
CH
3
-COO-C
2
H
5
+ H
2
O
4
Lạnh
H
+
* Phản ứng trên nhóm hydroxyl:
+ Tác dụng với HX: CH
3
-CH
2
-OH + HX CH
3
-CH
2
-X + H
2
O

+ Tác dụng với Triclo Phốt pho:
CH
3
-CH
2
-OH + PCl
3
CH
3
-CH
2
-Cl + POCl + HCl
+ Tác dụng với NH
3
: CH
3
-CH
2
-OH + NH
3
C
2
H
5
-NH
2
+
H
2
O

+ Phản ứng tạo eter và tách loại nước:
2CH
3
-CH
2
-OH (CH
3
-CH
2
)
2
O + H
2
O
CH
3
-CH
2
-OH CH
2
=CH
2
+ H
2
O
* Phản ứng hydro và oxy hoá:
CH
3
-CH
2

-OH CH
3
-CHO + H
2

• Ứng dụng: etanol có nhiều ứng dụng hơn metanol, nó đóng một
vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Nó là nguyên liệu dùng để
sản suất hơn 150 mặt hàng khác nhau và được ứng dụng rộng rãi trong các
ngành: công nghiệp nặng, y tế và dược, quốc phòng, giao thông vận tải, dệt,
chế biến gỗ và nông nghiệp.
5
Al
2
O
3
t
o
H
2
SO
4
>150
o
C
H
2
SO
4
>150
o

C
Cu
200-300
o
C
+ Thuốc súng không khói.
+ Nhiên liệu hoả tiễn, bom bay.
+ Động lực.
+ Thuốc trừ sâu.
+ Sơn.
+ Vecni.
+ Đồ nhựa.
+ Keo dán.
+ Hương liệu.
+ Sát trùng.
+ Pha chế thuốc.
+ Thuốc nhuộm.
+ Tơ nhân tạo.
+ Rượu mùi.
+ Dấm.
+ Dung môi hữu cơ: pha sơn
+ Nguyên liệu.
+ Công nghiệp cao su tổng hợp
+ Động lực.
Nhiên liệu.
Etano
l
Sơ đồ tóm tắt vị trí của etanol trong các ngành công nghiệp.
• Phương pháp điều chế: có nhiều phương pháp điều chế etanol:
hydrat hoá etylen với xúc tác H

2
SO
4
; thuỷ phân dẫn xuất halogen và ester
của etanol khi đun nóng với nước xúc tác dung dịch bazơ; hydro hoá
aldyhyt acêtic; từ các hợp chất cơ kim…
Trong công nghiệp, điều chế etanol bằng phương pháp lên men từ
nguồn tinh bột và rỉ đường. Những năm gần đây, ở nước ta công nghệ sản
suất etanol chủ yếu là sử dụng chủng nấm men Saccharomyses cerevisiae
để lên men tinh bột:
C
6
H
6
O
6
C C
2
H
5
OH + 2CO
2
+ 28 Kcal
Trong đó: 95% nguyên liệu chuyển thành etanol và CO
2
.
5% nguyên liệu chuyển thành sản phẩm phụ: glyxêrin, acid sucxinic,
dầu fusel, metylic và các acid hữu cơ(lactic, butylic…).
y hơi (chủ yếu là nước một phần etanol)
Trong điều

b . Nước:
kiện bình thường: nước là chất lỏng không màu, không mùi, không
vị nhưng khối nước dày sẽ có màu xanh nhạt.
Khi hóa rắn nó có thể tồn tại ở dạng 5 dạng tinh thể khác nhau:
Khối lượng phân tử : 18 g/mol
Khối lượng riêng : 1g/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.
Nước là dung môi phân cực mạnh, có khả năng hoà tan nhiều chất và
là dung môi rất quan trọng trong kỹ thuật hóa học.
5. Công nghệ chưng cất hỗn hợp etanol-nước:
Etanol là một chất lỏng tan vô hạn trong H
2
O, nhiệt độ sôi là 78,3
0
C
ở 760mmHg, nhiệt độ sôi của nước là 100
o
C ở 760mmHg: hơi cách biệt
khá xa nên phương pháp hiệu quả để thu etanol có độ tinh khiết cao là
phương pháp chưng cất.
6
Nấm men
Zymaza

Trong trường hợp này, ta không thể sử dụng phương pháp cô đặc vì các
cấu tử đều có khả năng bay hơi, và không sử dụng phương pháp trích ly cũng
như phương pháp hấp thụ do phải đưa vào một khoa mới để tách, có thể làm
cho quá trình phức tạp hơn hay quá trình tách không được hoàn toàn
* Sơ đồ qui trình công nghệ chưng cất hệ Etanol – nước:
Chú thích các kí hiệu trong qui trình:
1. Bơm.
2. Bồn cao vị.
3. Thiết bị gia nhiệt.
4. Lưu lượng kế.
5. Tháp chưng cất
6. Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh.
7. Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh
8. Bồn chứa sản phẩm đỉnh
9. Thiết bị đun sôi đáy tháp
10. Bẩy hơi
11. Bồn chứa nguyên liệu.
12. Kênh phân phối
13. Van xả khí không ngưng.
14. Bồn chứa sản phẩm đáy.
15.Áp kế.
* Thuyết minh qui trình công nghệ:
Hỗn hợp etanol – nước có nồng độ etanol 15% (theo phân mol),
nhiệt độ khoảng 27
0
C tại bình chứa nguyên liệu (11) được bơm(1) bơm lên
bồn cao vị (2). Từ đó được đưa đến thiết bị trao đổi nhiệt (3) (trao đổi nhiệt
với sản phẩm đáy). Ở đây, hỗn hợp được đun sôi đến nhiệt độ sôi. Sau đó
hỗn hợp được đưa vào tháp chưng cất (5) ở đĩa nhập liệu
Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn cất của

tháp chảy xuống. Trong tháp hơi, đi từ dưới lên gặp chất lỏng 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 dưới càng giảm nồng độ các
cấu tử dễ bay hơi vì đã bị pha hơi tạo nên từ nồi đun (9) lôi cuốn cấu tử dễ
bay hơi.Nhiệt độ càng lên trên càng thấp, nên khi hơi đi qua các đĩa từ dưới
7
lên thì cấu tử có nhiệt độ sôi cao là nước sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên
đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp có cấu tử etanol chiếm nhiều nhất (có nồng
độ 80% phân mol). Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ (6) và được ngưng tụ
hoàn toàn. Một phần chất lỏng ngưng tụ đi qua thiết bị làm nguội sản phẩm
đỉnh (7), được làm nguội đến 30
0
C , rồi được đưa qua bồn chứa sản phẩm
đỉnh (8). Phần còn lại của chất lỏng ngưng tụ đựơc hoàn lưu về tháp ở đĩa
trên cùng với tỉ số hoàn lưu tối ưu. Một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp
được bốc hơi, còn lại cấu tử có nhiệt độ sôi cao trong chất lỏng ngày càng
tăng. Cuối cùng, ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng hầu hết là các cấu tử
khó bay hơi ( nước). Hỗn hợp lỏng ở đáy có nồng độ etanol là 0,0032%
phân mol, còn lại là nước. Dung dịch lỏng đáy đi ra khỏi tháp vào nồi đun
(9). 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 trao đổi nhiệt
với dòng nhập liệu (sau khi qua bồn cao vị).
Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là etanol, sản phẩm
đáy sau khi trao đổi nhiệt với nhập liệu được thải bỏ.
8
PHẦN II: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT
I. THÔNG SỐ BAN ĐẦU:
F: lượng hỗn hợp đầu (kg/ngày) hoặc (kg/h)
P: lượng sản phẩm đỉnh (kg/ngày) hoặc (kg/h)
W: lượng sản phẩm đáy (kg/ngày) hoặc (kg/h)

a
F
: nồng độ phần khối lượng của Etanol trong hỗn hợp đầu
a
P
: nồng độ phần khối lượng của Etanol trong sản phẩm đỉnh
a
W
: nồng độ phần khối lượng của Etanol trong sản phẩm đáy
x
F
: nồng độ phần mol của Etanol trong hỗn hợp đầu
x
P
: nồng độ phần mol của Etanol trong sản phẩm đỉnh
x
W
: nồng độ phần mol của Etanol trong sản phẩm đáy
Kí hiệu A: Etanol với M
A
= 46
B: Nước với M
B
= 18
Theo yêu ban đầu F = 2.10
3
kg/h = 90,09 kmol/h
II. TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU
2.1. Công thức liên hệ nồng độ phần mol & nồng độ phần khối lượng
Thành phần mol trong hỗn hợp đầu:

B
F
A
F
A
F
F
M
a
M
a
M
a
x
−
+
=
1

⇒
3108,0
18*)15,01(15,0*46
15,0*46
18)1(46
46
=
−+
=
∗−+∗

∗
=
FF
F
F
xx
x
a

Thành phần mol trong sản phẩm đỉnh:
B
P
A
P
A
P
P
M
a
M
a
M
a
x
−
+
=
1
⇒
91,0

18)8,01(8,046
8,046
18)1(46
46
=
∗−+∗
∗
=
∗−+∗
∗
=
FP
P
P
xx
x
a
• Cân bằng vật chất cho toàn tháp:
F = P + W
⇔
2.10
3
= P + W (1)
• Cân bằng cấu tử etanol (cấu tử nhẹ):
F.x
F
= P.x
p
+ W.x
W

⇔
90,09
∗
0,15 = P
∗
0,8 + W
∗
x
W
(2)
9
Tỷ lệ thu hồi (
η
) = 98%
F.x
F
.
η
= P.x
p

⇔
90,09
∗
0,15
∗
0,98 = P
∗
0,9354 (3)

Giải 3 phương trình (1), (2), (3) ta có:
P = 16,6 kmol/h = 670,6 kg/h
W = 73,5 kmol/h = 1329,6 kg/h
x
W
= 0,0032 phần mol
2.2. Tính khối lượng mol trung bình:

M
i
n
1i
x
i
M ∗
∑
=
=
Với : n: số cấu tứ của hỗn hợp
xi: phần mol của cấu tử i
M
i
: khối lượng mol của cấu tử i
Trong hỗn hợp đầu:
M
F
= x
F
∗
M

A
+ (1 - x
F
)
∗
M
B
= 46
∗
0,15 + (1 - 0,15)
∗
18 = 22,2
kg/kmol
Trong sản phẩm đỉnh:
M
P
= x
P
∗
M
A
+ (1 - x
P
)
∗
M
B
= 46
∗
0,8 + (1 - 0,8)

∗
18 = 40,4 kg/kmol
Trong sản phẩm đáy:
M
W
= x
W
∗
M
A
+ (1 - x
W
)
∗
M
B
= 46
∗
0,0032 + (1 - 0,0032)
∗
18 =
18,09 kg/kmol
Bảng 1: thành phần khối lượng mol và khối lựong:
Phần
khối lượng
Phần mol
Lưu lượng
(kg/h)
Lưu lượng
(kmol/h)

Hỗn hợp đầu 31% 15% 2.10
3
90,09
Sản phẩm đỉnh 91% 80% 670,6 16,6
Sản phẩm đáy 0,8% 0,32% 1329,6 73,5
2.3. Thành phần pha của hỗn hợp 2 cấu tử Etanol - Nước
Dựa vào (Bảng IX.2a, trang 135, [2]) thành phần cân bằng lỏng x, hơi
y tính bằng % mol và nhiệt độ sôi của hỗn hợp hai cấu tử ở 760 mmHg
x(phân 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
10
mol)
y(%phân
mol) 0 33,2 44,2 53,1 57,6 61,4 65,4 69,9 75,3 81,8 89,8 100
t(
o
C)
100 90,5 86,5 83,2 81,7 80,8 80 79,4 79 78,6 78,4 78,4
Từ bảng số liệu trên ta vẽ đường cân bằng trên đồ thị x-y và vẽ đồ thị t-x,y
Gọi y
F
, y
P
, y
W
là nồng độ phần mol của pha hơi cân bằng với pha
lỏng trong hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy
t
F
, t
P

, t
W
: nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy
11
Bằng phương pháp nội suy và dụa vào đồ thị ta có kết quả sau:
Sản phẩm x (phần mol) y (phần mol) t
0
điểm sôi
F 0,15 0,487 84,85
P 0,80 0,818 78,6
W 0,0032 0,021 99,94
III. TÍNH TOÁN CHỈ SỐ HỒI LƯU THÍCH HỢP
3.1. Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện:
3.1.1. Đoạn luyện:
Ta có phương trình cân bằng vật liệu đối với đoạn luyện:
G
Y
= G
X
+ P
Với:
G
Y
: Lưu lượng pha hơi đi từ dưới lên (kmol/h)
G
X
: Lưu lượng lỏng hồi lưu từ trên xuống (kmol/h)
P: Lưu lượng sản phẩm đỉnh (kmol/h)
Phương trình cân bằng vật liệu viết cho cấu tử dễ bay hơi:
G

y
.y
n+1
= G
x
.x
n
+ P.x
p
Suy ra:
PD
x
n
Y
xx
P
G
y
P
G
++
+1

11
1
+
+
+
=
+

x
P
n
x
x
n
R
x
x
R
R
y

(CT IX.20, trang144, [2])
Do đó phương trình đường nồng độ làm việc có dạng:
y
n+1
= A.x
n
+ B (CT IX.21, trang 158, [2])
Với

1
,
1 +
=
+
=
x
P

x
x
R
x
B
R
R
A
3.1.2. Đoạn chưng
Phương trình cân bằng vật liệu đoạn chưng:
G
x
’
= G
y
+ W
Với:
G
x
’
= G
y
+ F lượng lỏng trong đoạn chưng từ trên xuống
W: lưu lựợng sản phẩm đáy (kmol/h)
F: lưu lượng hỗn hợp đầu (kmol/h)
Phương trình cân bằng vật liệu viết cho cấu tử Axeton:
G
x
’
.x

’
n
= G
y
.y
’
n+1
+ W.x
W
12
Suy ra
w
x
n
x
x
n
x
R
L
x
R
LR
y
1
1
1
'
1
+

−
−
+
+
=
+
với L=F/P (CT IX.22, trang 158, [2])
Có dạng: y
’
n+1
= A’.x’
n
+ B’
Với:
1+
+
=
x
x
R
LR
A

1
1
+
−
=
x
R

L
B
(CT IX.23, trang 158, [2])
Hai đường làm việc này cắt nhau tại điểm có hoành độ x = x
F
.
3.2.Xác định số bậc thay đổi nồng độ :
3.2.1. Xác định chỉ số hồi lưu tối thiểu :
Do đồ thị cân bằng của hệ Etanol-Nước có điểm uốn, nên xác định tỉ
số hồi lưu tối thiểu bằng cách:
• Trên đồ thị cân bằng x-y, từ điểm (0,85; 0,85) kẻ một đường thẳng tiếp
tuyến với đường cân bằng tại điểm uốn , cắt trục Oy tại điểm có y
o
= 0,26
• Theo phương trình đường làm việc đoạn chưng, khi x
o
=0 thì:

276,0
1
min
0
=
+
=
R
x
y
D
Vậy: tỉ số hồi lưu tối thiểu : R

min
= 0,93
3.2.2. Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp:
R
x
= b.R
xmin
(CT IX.25, trang 158, [2]) với b là hệ số (1.2 ÷ 2.5)
Xác định R
x
thích hợp theo số bậc thay đổi nồng độ được tiến hành
như sau: cho nhiều giá trị R
x
lớn hơn giá trị R
xmin
. Với mỗi giá trị trên, ta
xác định được tung độ của đường làm việc với trục tung B, với :
1+
=
x
P
R
x
B
Vẽ đường làm việc của đoạn luyện và đoạn chưng. Đường làm việc
của đoạn luyện qua điểm M(x, y) với x = y = x
p
và điểm B trên rục tung đã
được xác định. Đường làm việc của đoạn chưng qua điểm N (x, y) với x =
y = x

W
và cắt đường làm việc của đoạn luyện tại điểm có hoành độ x
F
. Với
mỗi đường làm việc, ta xác định được số bậc thay đổi nồng N
L
bằng đồ thị
x–y như sau:
Trên đồ thị x–y vẽ đường cân bằng, từ điểm M vẽ đường thẳng song
song với trục hoành cắt đường cân bằng tại một điểm, từ giao điểm này vẽ
đường thẳng song song với trục tung nó cắt đường cân bằng tại một điểm,
cứ tiếp tục như vậy cho đến khi tới điểm N. Đếm số bậc thay đổi nồng độ
13
N
L
trên đồ thị. Với mỗi bậc thay đổi nồng độ ứng với một ngăn của thiết bị
gọi là số ngăn lý thuyết.
Trong thực tế số ngăn của thiết bị lớn hơn số ngăn lý thuyết do điều
kiện chuyển khối chưa được tốt. Vì vậy số ngăn thực tế phải được điều chỉnh.
Dựa vào đồ thị xác định số bậc thay đổi nồng độ ta có kết quả sau :
b R
x
B N
lt
N
lt
.(R
x
+ 1)
1,2 1,116 0,387 24,5 51,84

1,29 1,1997 0,363 17 37,39
1,36 1,2648 0,353 15,6 35,33
1,6 1,488 0,321 15 37,32
2,11 1,9623 0,270 11 32,6
2,5 2.325 0,240 10,9 36,24

Dựa vào bảng ta vẽ đồ thị phụ thuộc của N
L
.(R
x
+ 1) vào R
x
. Sau đó
dựa vào đồ thị để xác định chỉ số R
x
thích hợp
Từ đồ thị ta xác định được chỉ số hồi lưu thích hợp: R
th
= 1,99
Số đĩa lý thuyết là N
LT
= 13
3.2.3. Xác định số đĩa thực tế theo hiệu suất trung bình
N
tt
= N
LT
/

η

tb
(CT IX.59, trang 170, [2])
Trong đó:
N
LT
: số bậc thay đổi nồng độ hoặc số đĩa lí thuyết
η
tb
: hiệu suất trung bình của thiết bị
14
n
tb
321
ηηη
η
++
=
(CT IX.60, trang 171, [2])
η
1,
η: hiệu suất của các bậc thay đổi nồng độ
n: số vị trí tính hiệu suất.
η
tb
: hàm số của độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn
hợp lỏng
η
tb
=ƒ(α ,μ)
Trong chưng luyện người ta tính độ bay hơi tương đối như sau:

x
x
y
y −
∗
−
=
1
1
α
(CT IX.61, 171, [2])
Trong đó:
x, y: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi và pha lỏng
α: độ bay tương đối của hỗn hợp
μ: độ nhớt của hỗn hợp lỏng N.s/m
2

Tính α, μ tại 3 vị trí: đĩa nạp liệu, đỉnh và đáy tháp.
Tại đĩa nạp liệu: x
F
= 0,15 ; y
*
F
=0,487
F
F
F
F
F
x

x
y
y −
∗
−
=
1
1
α
379,5
15,0
15,01
487,01
487,0
=
−
∗
−
=
t
F
= 84,85
o
C
3
10.441,0=⇒
F
µ
Ns/m
2

=0,441 cP
=∗⇒
FF
µα
0,441
∗
5,379 = 2,372
Tra tài liệu tham khảo (171,[2] )
η
F
= 0,4
Tại đỉnh: x
P
= 0,8 ; y
P
= 0,818
P
P
P
P
P
x
x
y
y −
∗
−
=
1
1

α
=
123,1
8,0
8,01
818,01
818,0
=
−
∗
−
a
p
=0,91 ; t
p
= 78,6
o
C

P
µ
⇒
= 0,550.10
3
Ns/m
2
=0,55 cP
=∗⇒
PP
µα

0,55.1,123 =0,62
Tra tài liệu tham khảo (171,[2])
η
D
= 0,55
Tại đáy: x
w
= 0,0032 ;y
w
=0,021
15
W
W
W
W
W
x
x
y
y
−
∗
−
=
1
1
α
=
682,6
0032,0

0032,01
021,01
021,0
=
−
∗
−
a
w
=0,008 ; t
F
= 99,94
o
C

285,0)/(10.285,0
23
==⇒ mNs
W
µ
cP
=∗⇒
WW
μα
0,285
∗
6,682 = 1,904
Tra tài liệu tham khảo (171,[2])
η
W

= 0,4
Hiệu suất trung bình của tháp :

=
tb
η
(0,4+0,55+0,4)/3= 0,46
Vậy số đĩa thực tế N
tt
= N
lt
/
=
tb
η
13 / 0,46 = 29 đĩa
⇒
Ta lấy số đĩa thực tế: N
tt
=29 đĩa

Trong đó:
Số đĩa thực tế của đoạn luyện: 24 đĩa
Số đĩa thực tế của đoạn chưng: 4 đĩa
Đĩa nhập liệu : 1đĩa

16
PHẦN III: TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
Mục đích của việc tính toán cân bằng nhiệt lượng là để xác định lượng
hơi đốt cần thiết khi đun nóng hỗn hợp đầu, đun bốc hơi ở đáy tháp cũng như

xác định lượng nước làm lạnh cần thiết cho quá trình ngưng tụ làm lạnh.
Chọn nước làm chất tải nhiệt vì nó là nguồn nhiên liệu rẻ tiền, phổ
biến trong thiên nhiên và có khả năng đáp ứng yêu cầu công nghệ.
Sơ đồ:
Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng
Các ký hiệu:
Q
D1
: Nhiệt độ do hơi đốt mang vào thiết bị đun nóng, J/h
Q
f
: Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào thiết bị đun nóng, J/h
17
H
2
O
H
2
O
H
2
O
H
2
O
Q
y
Q
F
Q

D1
Q
D2
Q
xq2
Q
ng1
Q
xq1
Q
W
Q
f
Q
P
Q
R
Q
F
: Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra khỏi thiết bị đun nóng hay
mang vào tháp chưng luyện, J/h
Q
m1
: Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra khỏi thiết bị đun nóng, J/h
Q
xq1
: Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh, J/h
Q
D2
: Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào cần đun nóng sản phẩm đáy, J/h

Q
R
: Nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu mang vào, J/h
Q
y
: Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp, J/h
Q
W
: Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra khỏi tháp, J/h
Q
m2
: Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra khỏi tháp, J/h
Q
xq2
: Nhiệt lượng do mất mát ra môi trường xung quanh, J/h
I. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CỦA THIỆT BỊ ĐUN NÓNG
Phương trình cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun nóng
Q
D1
+ Q
f
= Q
F
+ Q
m1
+ Q
mxq1
(CT IX.149, 196, [2])
Trong đó:
Q

D1
= D
1
λ
1
= D
1
(r
1 +
θ
1
C
1
) J/h (CT IX.150, 196, [2])
Với:
D
1
: lượng hơi đốt mang vào, kg/h
λ
1
: hàm nhiệt của hơi nước, J/kg
r
1
: ẩn nhiệt hóa hơi của hơi nước, J/kg
θ
1
: nhiệt độ của nước ngưng
C
1
: nhiệt dung riêng của nước ngưng, J/kg độ.

Q
xq1
= 5%Q
D1
= 5%D
1
r
1
(J/h). (CT IX.154, 197, [2])
Q
m1
= G
ng1
C
1
θ
1
(J/h). (CT IX.153, 197, [2])
Với:
G
ng1
: lượng nước ngưng (lấy bằng lượng hơi đốt), kg/h.
Q
f
= Ft
f
C
f
(J/h) (CT IX.151, 196, [2])
Q

F
= Ft
F
C
F
(J/h) (CT IX.152, 196, [2])
t
f
: nhiệt độ hỗn hợp đầu
0
C, chọn t
f
= 30
0
C
t
F
: nhiệt độ điểm sôi của hỗn hợp đầu ở áp suất khí quyển 84,85
0
C
Suy ra:
⇒
11
1
.95,0
) (
.95,0 r
tCtCF
r
QQ

D
ffFFfF
−
=
−
=
(CT IX.155, 197, [2])
18
Tính nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu
C
f
30
= C
A
30
a
F
+ C
B
30
(1 – a
F
)
C
A
30
,C
B
30
tra (Bảng I.153, 171, [1])

C
A
30
= 3427 J/kgđộ
C
B
30
= 4177,5 J/kgđộ
C
f
30
= 3427
∗
0,3108 + 4177,5
∗
(1 - 0,3108) = 3944,2 J/kgđộ
Q
f
= FC
f
t
f
= F
∗
30
∗
3944,2 = F
∗
118,326 J/kg độ
Tương tự ta có nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu ở nhiệt độ sôi t

F
= 84,85
0
C
C
F
84,85
= C
A
84,85
∗
a
F
+ C
B
84,85
∗
(1- a
F
)
C
A
84,85
= 3292,75 J/kgđộ
C
B
84,85
= 4200 J/kg độ
C
F

83,2
= 3292,75
∗
0,3108 + 4200
∗
(1- 0,3108) = 3910,03 J/kg độ
Ta chọn hơi nước bão hòa đun sôi ở áp suất khí quyển, t
0
= 100
0
C
suy ra r
1
= 2264.10
3
J/kg (Bảng I.125, 314, [1])

48,198
10.226495,0
302,394485,8403,3910
10.2
3
3
1
=
∗
∗−∗
=
D
kg/h

II. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO TOÀN THÁP
Q
D2
+ Q
F
+ Q
R
= Q
Y
+ Q
W
+ Q
ng2
+ Q
xq2
(CT IX.157, 197, [2])
2.1. Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào tháp
Q
F
= FC
F
t
F
= 2.10
3
∗
3910,03
∗
84,85 = 663,5.10
6

(J/h)
2.2. Nhiệt lượng do hơi nước mang vào đáy tháp
Q
D2
= D
2
λ
2
= D
2
(r
2
+ θ
2
C
2
)
Với:
D
2:
lượng hơi nước cần thiết để đun sôi dung dịch đáy tháp, kg/h
λ
2
: hàm nhiệt của hơi nước bão hòa, J/kg
r
2
: ẩn nhiệt hóa hơi của hoi nước, J.kg
θ
2
: nhiệt độ của nước ngưng,

0
C
C
2
: nhiệt dung riêng của nước ngưng, J/kg độ
2.3. Nhiệt lượng lỏng hồi lưu mang vào
Q
Rx
= G
x
C
x
t
x
= PR
x
C
x
t
x
(CT IX.158, 197, [2])
t
x
= t
p
= 78,6
0
C
19
C

x
78,6
: nhiệt dung riêng hỗn hợp sau khi ngưng tụ sản phẩm đỉnh
(J/kg độ)
C
x
78,6
được tính theo công thức sau:
C
x
78,6
= C
A
78,6
a
p
+ C
B
78,5
(1 - a
p
)
C
A
78,6
,C
B
78,6
: tra (Bảng I.153, 171, [1]) ở 78,6
0

C.
C
A
78,6
= 3203 ( J/kg độ )
C
B
78,6
= 4190 ( Jkg độ )
Do đó: C
x
78,5
= 3203
∗
0,91 + 4190
∗
(1 - 0,91) = 3291,8 J/kg độ
Suy ra: Q
Rx
= 670,6
∗
1,99
∗
3291,8
∗
78,6 = 345,28.10
6
J/h
2.4. Nhiệt lượng do hơi mang ra
Q

y
= G
y
λ
hh
= P(R
x
+ 1)λ
hh
(CT IX.159, 197, [2])
Nhiệt độ hơi tại đỉnh tháp 78,6
0
C
λ
hh
: nhiệt lượng riêng của hỗn hợp hơi ở đỉnh tháp

λ
hh
= λ
1
a
P
+ (1 - a
P
)λ
2
= r
P
+ C

P
78,6
t
P
λ
1
: hàm nhiệt của nước ở 78,6
0
C
λ
2
: hàm nhiệt của Etanol ở 78,5
0
C
C
P
78,6
: nhiệt dung riêng của hỗn hợp ra khỏi tháp ở nhiệt độ 78,5
0
C.
C
P
78,6
= a
P
C
A
78,6
+(1 - a
P

)C
B
78,6
= 0,91
∗
3203 + (1-0,91)
∗
4190 = 3291,8
J/h
Với:
C
A
78,6
= 3203 J/kg độ và C
B
78,6
= 4190 J/Kg độ được nội suy tương tự
như trên.
Tương tự tính:
r
P
78,6
: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp ở nhiệt độ 78,6
0
C
r
P
78,6
= a
P

.r
A
78,6
+ (1 - a
P
).r
B
78,6
r
A
78,6
, r
B
78,6
: Tra bảng I-213 trang 254 tập I bằng phương pháp nội suy.
r
A
78,6
= 202,6 kcal/kg = 848,25.10
3
J/kg
r
B
78,6
= 560,5 kcal/kg = 2346,7.10
3
J/kg
Suy ra:r
P
78,6

= 848,25.10
3
∗
0,91 + 2346,7.10
3
∗
(1 – 0,91) = 983,11.10
3
J/kg
Suy ra: λ
hh
= r
P
78,6
+ C
P
78,6
.t
P
= 983,11.10
3
+ 3203,8
∗
78,6 = 1234,93.10
3
J/kg
Vậy:
Q
y
= P.(R

x
+ 1).λ
hh
= 670,6
∗
(1,99 +1)
∗
1234,93.10
3
= 2,476.10
9
J/h
20
2.5. Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra:
Q
W
= W.C
W
.t
W
(J/h) (CT IX.160, 197, [2])
C
W
: được xác định theo công thức: C
W
99,94
= C
A
99,94
a

W
– C
B
99,94
(1 – a
W
)
C
A
,C
B
: tra (Bảng I.153, 171, [1]) bằng phương pháp nội suy ở 99,94
0
C
C
A
99,94
= 3519 J/kgđộ
C
B
99,94
= 4229,9 J/kgđộ
Suy ra: C
W
= 3519
∗
0,008 + 4229,9
∗
( 1 – 0,008) = 4224,2 J/kgđộ.
Vậy: Q

W
= 1329,6
∗
4224,2
∗
99,94 = 561,313.10
6.
J/h
2.6. Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh
Q
xq2
= 0,05.D
2
.r
2
(J/h) (CT IX.162, 198, [2])
2.7. Nhiệt lượng do nước nhưng tụ mang ra
Q
m2
= G
ng2
.C
2
.θ
2
= D
2
.C
2
.θ

2
(CT IX.161, 198, [2])
Với:
G
ng2
: lượng nước ngưng tụ bằng lượng hơi cần thiết để đun sôi dung
dịch đáy tháp, kg/h
C
2
, θ
2
: nhiệt dung riêng (J/kgđộ) và nhiệt độ của nước ngưng (
0
C)
Vậy:
2
2
.95,0 r
QQQQ
D
RxFwY
−−+
=
=
3
10.226495,0
6
10.28,345
6
10.5,663

6
10.313,561
9
10.476,2
∗
−−+
=943,2 kg/h
(CT IX.163, 198, [2])
Ta chọn hơi nước bão hòa đun sôi ở áp suất khí quyển:
t
0
= 99,94
0
C, suy ra r
2
= 2264.10
3
J/kg (Bảng I.125, 314, [1])
Lượng nhiệt tiêu tốn môi trường xung quanh: Q
m2
= 0,05.D
2
.r
2
=
106,77.10
6
J/kg
III. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO THIẾT BỊ NGƯNG TỤ
Sử dụng thiết bị hồi lưu:

P.R
x
.r = G
n1
.C
n
.(t
2 –
t
1
) (CT IX.164, 198, [2])
Với:
r: ẩn nhiệt ngưng tụ ở đỉnh tháp, r = r
p
= 983,11.10
3
J/kg
t
1
, t
2
: nhiệt độ vào và ra của nước làm lạnh
Chọn nhiệt độ t
1
= 25
0
C, t
2
= 40
0

C
⇒
2
21
tt
t
tb
+
=
5,32
2
4025
=
+
=
0
C
21
C
n
: nhiệt dung riêng của nước ở t
tb
= 32,5
0
C. (Bảng I.147, 165, [1])
C
n
= 4181 (J/kgđộ)
Lượng nước lạnh tiêu thụ cần thiết G
n1

:
)
12
.(
1

1
ttC
n
r
R
x
P
G
n
−
=
)2540(4181
3
10.11,98399,16,670
−∗
∗∗
=
= 20919,31 kg/h
IV. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO THIẾT BỊ LÀM LẠNH
P.r + P.C
’
p
.(t
1

’
- t
2
’
) = G
nl2
.C
n
.(t
2 –
t
1
) (CT IX.166, 198, [2])
Với:
tt
tt
t
tb
12
'
2
'
1
'
−
+
=
t
1
’

, t
2
’
: nhiệt độ dầu và cuối của sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ,
0
C.
Chọn nhiệt độ: t
1
’
= 78,5
0
C, t
2
’
= 25
0
C.
Tra (Bảng I.153, 171, [1]), và nội suy ta được:
C
B
51,75
= 4183,5 (J/kgđộ).
C
A
51,75
= 3122,5 (J/kgđộ).
C
P
’
: nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh đi làm lạnh.

C
P
’
= 3122,5
∗
0,91 + 4183,5
∗
(1 – 0,91) = 3218 J/kgđộ
t
1
, t
2
: nhiệt độ vào ra của nước lạnh,
0
C
Chọn nhiệt độ t
1
= 25
0
C, t
2
= 40
0
C
C
n
= 4181 J/kgđộ
Lượng nước lạnh tiêu tốn:
)
12

.(
)
'
2
'
1
.(
'
.
2
ttC
n
ttC
p
rP
G
n
−
−+
=
)2540(4181
)255,78(3218*6,670
3
10.11,9836,670
−∗
−∗+∗
=
=12353,1 kg/h
Vậy tổng lượng nước dùng trong ngưng tụ và làm lạnh sản phẩm đỉnh là:
G

n
= G
n1
+ G
n2
= 20919,31 + 12353,1 = 33272,41 kg/h
22
{
PHẦN IV:TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT
I. ĐƯỜNG KÍNH THÁP
D =
tb
tb
V
ωπ
∗∗3600
(m) (CT IX- 89, 181 [II])

tbyy
tb
y
)(
0188,0
ωρ
=
V
tb
: lượng hơi trung bình đi trong tháp (m
2
/h)

ω
tb
: vận tốc hơi trung bình đi trong tháp (m/s)
1.1. ĐƯỜNG KÍNH ĐOẠN LUYỆN
1.1.1.Lưu lượng hơi trung bình trong đoạn luyện:
g
tb
=
2
1
gg
đ
+
(CT IX.91, 181, [2])
g
d
: lượng hơi ra khỏi tháp ở đĩa trên cùng (kg/h)
g
1
: lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện (kg/h)
Áp dụng phương trình cân bằng vật liệu, nhiệt lượng cho đĩa thứ nhất
của đoạn luyện:
g
1
= G
1
+ G
p
(CT IX.93, 182, [2])

g
1
y
1
= G
1
x
1
+ G
p
x
p
(CT IX.94, 182, [2]) (1)
g
1
r
1
= g
đ
r
đ
(CT IX.95, 182, [2])

Với: y
1
: hàm lượng hơi của đĩa thứ nhất đoạn luyện
x
1
: hàm lượng lỏng ở đĩa thữ nhất đoạn uyện
Trong các phương trình trên ta xem x

1
= x
F
r
1
, r
đ
: ẩn nhiệt hóa hơi hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất và đi ra khỏi tháp
Ta có:
G
p
= 670,6 kg/h = 16,6 kmol/h
G
F
= 2000 kg/h = 90,09 kmol/h
x
1
= x
F
= 0,15 phần mol = 0,31 phần khối lượng
g
đ
= G
R
+ G
P
= P.(R
x
+ 1) = 670,6
∗

(1 + 1,99) = 2005,094 kg/h= 49,63
kmol/h
(CT IX.92,181, [2])
* Tính r
1
: t
1
= t
F
= 86,5
o
C , tra tài liệu tham khảo [4 (tập1)] ta có :
Ẩn nhiệt hóa hơi của nước : r
N
= 51507 (KJ/kmol) .
Ẩn nhiệt hóa hơi của rượu : r
R
= 18701 (KJ/kmol) .
23
Suy ra : r
1
= r
R1
.y
1
+ (1-y
1
).r
N1
= 51507 – 32804.y

1
(KJ/kmol)
* Tính r
d
: t
D
= 78,5
o
C , tra tài liệu tham khảo IV (tập 1) ta có :
Ẩn nhiệt hóa hơi của nước : r
N
= 94778 (KJ/kmol) .
Ẩn nhiệt hóa hơi của rượu : r
R
= 34235 (KJ/kmol) .
Suy ra : r
d
= r
Rd
.y
D
+ (1-y
D
).r
Nd
=34235*0,818 + (1- 0,818).94778
= 45254 (KJ/kmol)
* x
1
= x

F
= 0,15
Giải hệ (1) , ta có: G
1
= 39,31 (Kmol/h)
y
1
= 0,343 (phần mol etanol) _ M
1
=27,436
g
1
= 55,91 (Kmol/h) = 1543,34(Kg/h)
Vậ : g
tb
=
22,1774
2
34,15431,2005
=
+
(Kg/h)
1.1.2 Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp
Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp

ytb
xtb
gh
ρ
ρ

ω
.05,0=
Với ρ'
xtb
: khối lượng riêng trung bình cuả pha lỏng (Kg/m
3
)
ρ'
ytb
: khối lượng riêng trung bình cuả pha hơi (Kg/m
3
)
• Xác định ρ
ytb
:
( )
[ ]
( )
273.4,22
273.18.146.
+
−+
=
tb
tbtb
ytb
t
yy
ρ
Với:

+ Nồng độ phần mol trung bình: y
tb
=
2
1 D
yy +
=
518,0
2
818,0343,0
=
+
+ Nhiệt độ trung bình của đoạn luyện: t
tb
=
2
DF
tt +
=
2
6,7885,84 +
=81,73
o
C
Suy ra: ρ
ytb
=1,177 (Kg/m
3
).
• Xác định ρ

xtb
:
• Nồng độ phần mol trung bình: x
tb
=
2
DF
xx +
=
2
8,015,0 +
= 0,475
Suy ra:
18).1(.46
.46
tbtb
tb
tb
xx
x
x
−+
=
=69,8%
t
tb
= 81,73
o
C , tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)-trang 9], ta có :
ρ

xtb
= 733,39 (Kg/m
3
)
24
Suy ra :
177,1
39,733
.05,0=
gh
ω
=1,252 (m/s)
Để tránh sự tạo bọt ta chọn tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :
252,1.8,0.8,0 ==
ghh
ωω
= 1,002 (m/s)
Vậy Đường kính đoạn luyện là :
D
luyện
=
002,1.177,1
22,1774
.0188,0
= 0,73 (m)
1.2. Đường kính đoạn chưng
1.2.1. Lưu lượng hơi trung bình đoạn chưng
Được tính gần đúng bằng trung bình cộng của lượng hơi ra khỏi đoạn
chưng và lượng hơi đi vào đoạn chưng:
g’

tb=
2
'
2
''
11
1
gg
gg
n
+
=
+

g
’
n
: lượng hơi ra khỏi đoạn chưng (kg/h)
g
’
1
: lượng hơi đi vào đoạn chưng (kg/h)
Vì lượng hơi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện do đó:
g
’
n
= g
1
= 1543,34 kg/h = 55,91kmol/h
Lượng hơi đi vào đoạn chưng g

’
1
, lượng lỏng G
’
1
và hàm lượng hơi
trong đoạn chưng được xác định bằng phương trình cân bằng vật liệu và
nhiệt lượng:
G
’
1
= g
’
1
+ G
w
(1) (CT IX.98, 182, [2])
G
’
1
x
’
1
= g
’
1
y
w
+ G
w

x
w


(2) (CT IX.99, 182, [2])
g
’
1
r
’
1
= g
’
n
r
’
n
= g
1
r
1
(3) (CT IX.100, 182, [2])
Với : r’
1
:ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn
chưng.
* Tính r’
1
: x
W

=0,0032 tra đồ thị cân bằng của hệ ta có : y
W
=0,021
Suy ra: M
tbg’
=46.y
W
+(1-y
W
).18
=46.0,021 + (1 – 0,021).18 = 18,59 (kg/kmol)
t’
1
= t
W
= 99,94
o
C , tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)], ta có :
Ẩn nhiệt hóa hơi của nước: r’
N
= 40868 (KJ/kmol) .
Ẩn nhiệt hóa hơi của rượu: r’
R
= 14701 (KJ/kmol) .
Suy ra : r’
1
= r’
R1
.y
W

+ (1-y
W
).r’
N1
)
=14701.0,021 + (1 – 0,021).40868 = 40318,5
25