Thiết kế hệ thống chưng cất Nước – Axit axetic có năng suất là 3000 kg-h

Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
Chương 1

Trang 1
LỜI MỞ ĐẦU
Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển và cùng với nó là nhu cầu
ngày càng cao về độ tinh khiết của các sản phẩm. Vì thế, các phương
pháp nâng cao độ tinh khiết luôn luôn được cải tiến và đổi mới để ngày
càng hồn thiện hơn, như là: cô đặc, hấp thụ, chưng cất, trích ly,… Tùy
theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp
phù hợp. Đối với hệ Nước – Axit axetic là 2 cấu tử tan lẫn hồn tồn, ta
phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết.
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 Công nghệ Hóa học
tương lai. Môn học giúp sinh viên giải quyết nhiệm vụ tính tốn cụ thể
về: quy trình công nghêä, kết cấu, giá thành của một thiết bị trong sản
xuất hóa 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 Đồ án này là thiết kế hệ thống chưng cất Nước –
Axit axetic có năng suất là 3000 kg/h, nồng độ nhập liệu là 30% khối
lượng, nồng độ sản phẩm đỉnh là 95,5% khối lượng, nồng độ sản phẩm
đáy là 0,5% khối lượng. Sử dụng hơi đốt có áp suất 2,5at.
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
GIỚI THIỆU
I. LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT :
1. Khái niệm :
Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của một 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 một nhiệt độ, áp suất hơi bão hòa 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 nhất, chưng cất và cô đặc không khác gì nhau, tuy nhiên giữa
hai quá trình này có một ranh giới cơ bản 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 thu được 2 sản phẩm:
 Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần rất ít các cấu tử có
độ bay hơi bé.
 Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất ít cấu tử có độ bay
hơi lớn.
Đối với hệ Nước – Axit axetic thì:
 Sản phẩm đỉnh chủ yếu là nước.
 Sản phẩm đáy chủ yếu là axit axetic.
2. Các phương pháp chưng cất :
2.1. Phân loại theo áp suất làm việc :
- Áp suất thấp
- Áp suất thường
- Áp suất cao
2.2. Phân loại theo nguyên lý làm việc :
- Chưng cất đơn giản
- Chưng bằng hơi nước trực tiếp
- Chưng cất
2.3. Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp :
- Cấp nhiệt trực tiếp
- Cấp nhiệt gián tiếp
Vậy: đối với hệ Nước – Axit axetic, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt gián
tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường.
3. Thiết bị chưng cất :

Trong sản xuất 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 bề mặt 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 các loại tháp mâm, nếu pha lỏng phân tán vào pha khí ta có
tháp chêm, tháp phun,… Ở đây ta khảo sát 2 loại 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, 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, chữ s…
Trang 2
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
- 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.
So sánh ưu nhược điểm của các loại tháp:
Tháp chêm Tháp mâm xuyên lỗ Tháp mâm chóp
Ưu
điểm
- Cấu tạo khá đơn giản.
- Trở lực thấp.
- Làm việc được với chất lỏng bẩn
nếu dùng đệm cầu có ρ ≈ ρ của
chất lỏng.
- Trở lực tương đối thấp.
- Hiệu suất khá cao.
- Khá ổn định.
- Hiệu suất cao.
Nhược
điểm

- Do có hiệu ứng thành → hiệu suất
truyền khối thấp.
- 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.
Vậy: ta sử dụng tháp mâm xuyên lỗ để chưng cất hệ Nước – Axit axetic.
II. GIỚI THIỆU SƠ BỘ VỀ NGUYÊN LIỆU :
1. Axit axetic :
1.1. Tính chất :
Axit axetic nóng chảy ở 16,6
o
C, điểm sôi 118
o
C, hỗn hợp trong nước với mọi tỷ lệ. Trong
quá trình hỗn hợp với nước có sự co thể tích, với tỷ trọng cực đại, chứa 73% axit axetic (D :
1,078 và 1,0553 đối với axit thuần khiết).
Người ta không thể suy ra được hàm lượng axit axetic trong nước từ tỷ trọng của nó, ngoại
trừ đối với các hàm lượng dưới 43%.
Tính ăn mòn kim loại:
 Axit axetic ăn mòn sắt.

 Nhôm bị ăn mòn bởi axit lỗng, nó đề kháng tốt đối với axit axetic đặc và thuần khiết.
Đồng và chì bị ăn mòn bởi axit axetic với sự hiện diện của không khí.
 Thiếc và một số loại thép nikel – crom đề kháng tốt đối với axit axetic.
Axit axetic thuần khiết còn gọi là axit glaxial bởi vì nó dễ dàng đông đặc kết tinh như nước
đá ở dưới 17
o
C, đước điều chế chủ yếu bằng sự oxy hóa đối với andehit axetic. Không màu sắc,
vị chua, tan trong nước và cồn etylic.
Trang 3
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
1.2. Điều chế :
Axit axetic được điều chế bằng cách:
1) Oxy hóa có xúc tác đối với cồn etylic để biến thành andehit axetic, là một giai đoạn trung
gian. Sự oxy hóa kéo dài sẽ tiếp tục oxy hóa andehit axetic thành axit axetic.
CH
3
CHO + ½ O
2
= CH
3
COOH
C
2
H
5
OH + O
2
= CH
3
COOH + H

2
O
2) Oxy hóa andehit axetic được tạo thành bằng cách tổng hợp từ acetylen.
Sự oxy hóa andehit được tiến hành bằng khí trời với sự hiện diện của coban axetat. Người
ta thao tác trong andehit axetic ở nhiệt độ gần 80
o
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 axit
axetic kết tinh được.
CH
3
CHO + ½ O
2

 →
C80ôûaxetatCoban
o
CH
3
COOH
3) Tổng hợp đi từ cồn metylic và Cacbon oxit.
Hiệu suất có thể đạt 50 – 60% so với lý thuyết bằng cách cố định cacbon oxit trên cồn
metylic qua xúc tác.
Nhiệt độ từ 200 – 500
o
C, áp suất 100 – 200atm:
CH
3
OH + CO → CH
3

COOH
với sự hiện diện của metaphotphit hoặc photpho – vonframat kim loại 2 và 3 hóa trị (chẳng hạn
sắt, coban).
1.3. Ứng dụng :
Axit axetic là một axit quan trọng nhất trong các loại axit hữu cơ. Axit axetic tìm được rất
nhiều ứng dụng vì nó là loại axit hữu cơ rẻ tiền nhất. Nó được dùng để chế tạo rất nhiều hợp
chất và ester. Nguồn tiêu thụ chủ yếu của axit axetic là:
 Làm dấm ăn (dấm ăn chứa 4,5% axit axetic).
 Làm đông đặc nhựa mủ cao su.
 Làm chất dẻo tơ sợi xenluloza axetat – làm phim ảnh không nhạy lửa.
 Làm chất nhựa kết dính polyvinyl axetat.
 Làm các phẩm màu, dược phẩm, nước hoa tổng hợp.
 Axetat nhôm dùng làm chất cắn màu (mordant trong nghề nhuộm)
 Phần lớn các ester axetat đều là các dung môi, thí dụ: izoamyl axetat hòa tan được nhiều
loại nhựa xenluloza.
2. Nước :
Trong điều 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.
Tính chất vật lý:
 Khối lượng phân tử : 18 g / mol
 Khối lượng riêng d
4
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.
Nước là dung môi phân cực mạnh, có khả năng hồ tan nhiều chất và là dung môi rất quan
trọng trong kỹ thuật hóa học.
Chương 2
Trang 4
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Chú thích các kí hiệu trong qui trình:
1. Bồn chứa nguyên liệu.
2. Bơm.
3. Bồn cao vị.
4. Thiết bị trao đổi nhiệt với sản phẩm đỉnh.
5. Thiết bị đun sôi dòng nhập liệu.
6. Bẩy hơi.
7. Lưu lượng kế.
8. Nhiệt kế.
9. Tháp chưng cất.
10. Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh.
11. Áp kế.
12. Thiết bị đun sôi đáy tháp.
13. Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy.
14. Bồn chứa sản phẩm đáy.
15. Bồn chứa sản phẩm đỉnh.
Trang 5
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
A - A
9

10
12
11
15
16
14
13
5
6
8
7
3
4
2
1
GHI CHÚSLVẬT LIỆU
TÊN GỌI
STT
Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
Khoa Công nghệ Hóa học
BỘ MÔN MÁY VÀ T HIẾT BỊ
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC - AXIT AXETIC
DÙNG THÁP MÂM XUYÊN LỖ
Đồ án môn học Q uá trình và Thiết bò :
2/ 2
Nguyễn T. Hiền Lương
Nguyễn Văn Lục
Ngày BV
Ngày HT
Bản vẽ số

Tỉ lệ
BẢN VẼ LẮP ĐẶT
Họ tên Chữ ký
CNBM
GVHD
SVTH
Chức năng
1
2
3
4
5
9
10
12
13
14
15
M10x25
1017
4
180
330
400
25/ 06/05
1:10
A
TL 1:10
I
TL 4:1

I
5
5
TL 1:5
TL 1:10
11
III
III
TL 1:2
II
TL 1:1
II
16
TL 1:10
V 50 x 50
1
2
3
4
Ống dẫn hơi ra
Nắp thiết bò
Bích nối nắp (đáy) và thân
Ống hoàn lưu
Kính quan sát
6
M24x100
φ 1500
φ1 550
7
12

13
15
Ống dẫn nhập liệu
Ống dẫn hơi vào
Ống dẫn lỏng ra
Đáy thiết bò
Chân đỡ
X18H10T
X18H10T
X18H10T
X18H10T
Thủy tinh
1
1
2
1
2
1X18H10T
1X18H10T
1X18H10T
1X18H10T
4CT3
9
φ
3
50
400
20
20
T

T P
T
Vũ Bá Minh
Vũ Bá Minh
Bồn chứa sản phẩm đ ỉnh
Bồn chứa sản phẩm đa ùy
Thiết bò làm nguội sản phẩm đáy
Thiết bò đ un sôi đáy tháp
Áp kế
Tháp chưng cất
Thiết bò n gưng tụ sản phẩm đỉnh
Nhiệt kế
Lưu lượng kế
Bẩy hơi
Thiết bò đ un sôi dòng nhập liệu
TB trao đ ổi nhiệt với sản phẩm đỉnh
Bồn cao vò
Bơm
Bồn chứa nguyên liệu
1/ 2
Chức năng
SVTH
GVHD
CNBM
Chữ kýHọ tên
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Tỉ lệ
Bản vẽ số
Ngày HT
Ngày BV

Nguyễn Văn Lục
Nguyễn T. Hiền Lương
Đồ án môn học Quá trình và Thiết bò :
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC - AXIT AXETIC
DÙNG THÁP MÂM XUYÊN LỖ
Trường Đại học Bách Khoa Tp . Hồ Chí Minh
Khoa Công nghệ Hóa học
BỘ MÔN MÁY VÀ TH IẾT BỊ
STT TÊN GỌI
ĐẶC TÍNH KỸ TH UẬT
SL GHI CHÚ
1
2
4
3
7
8
6
5
13
14
15
11
12
10
9
28/ 06/05
25/ 06/05
28/ 06/05
6

7
8
11
190
250
170
10
10
320
460
25
25
20
160
8 225
400
10
260
16
16
10225
3
12500
1933
5600 404
8
10
11
14
16

Thân thiết bò
X18H10T 1
Gờ chảy tràn
X18H10T 71
Mâm xuyên lỗ X18H10T 71
Máng chảy chuyền
X18H10T 71
Bích nối thân
Tai treo CT3 4
X18H10T 14
φ1 50
φ8 0
φ8 0
φ8 0
φ1 50
φ3 0
200
φ2 7
M20x45
54
φ
1408
7
35
3
T
PT
T
15
14

13
12
10
9
5
4
3
2
1
11
8
7
6
Trang 6
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
Hỗn hợp Nước – Axit axetic có nồng độ nước 30% (theo phần khối lượng), nhiệt độ khoảng
27
0
C tại bình chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3). Từ đó được đưa đến
thiết bị trao đổi nhiệt với sản phẩm đỉnh (4). Sau đó, hỗn hợp được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi
trong thiết bị đun sôi dòng nhập liệu (5), rồi được đưa vào tháp chưng cất (9) ở đĩa nhập liệu.
Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn luyện 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 (12) 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 axit axetic sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp có cấu tử
nước chiếm nhiều nhất (có nồng độ 95,5% phần khối lượng). Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ
(10) và được ngưng tụ hồn tồn. Một phần chất lỏng ngưng tụ được trao đổi nhiệt với dòng nhập
liệu trong thiết bị (4) (sau khi qua bồn cao vị). Phần còn lại của chất lỏng ngưng tụ được hồn

lưu về tháp ở đĩa trên cùng. 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 (axit axetic). Hỗn hợp lỏng ở đáy có nồng độ nước là
0,5% phần khối lượng, còn lại là axit axetic. Dung dịch lỏng ở đáy đi ra khỏi tháp vào nồi đun
(12). 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 đi qua thiết bị làm nguội sản phẩm đáy (13), được làm nguội
đến 35
0
C , rồi được đưa qua bồn chứa sản phẩm đáy (14).
Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là nước, sau khi trao đổi nhiệt với dòng
nhập liệu có nhiệt độ 35
o
C và được thải bỏ. Sản phẩm đáy là axit axetic được giữ lại.
Chương 3

CÂN BẰNG VẬT CHẤT
I. CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU :
Chọn loại tháp là tháp mâm xuyên lỗ.
Khi chưng luyện dung dịch axit axetic thì cấu tử dễ bay hơi là nước.
Trang 7
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
Hỗn hợp:



=⇒
=⇒
)mol/g(18MOH:Nöôùc
)mol/g(60MCOOHCH:axeticAxit
N2

A3
 Năng suất nhập liệu: G
F
= 3000 (kg/h)
 Nồng độ nhập liệu: x
F
= 30% (kg nước/ kg hỗn hợp)
 Nồng độ sản phẩm đỉnh: x
D
= 95,5% (kg nước/ kg hỗn hợp)
 Nồng độ sản phẩm đáy: x
W
= 0,5% (kg nước/ kg hỗn hợp)
 Áp suất hơi đốt: P
h
= 2,5at
 Chọn:
 Nhiệt độ nhập liệu: t
FV
= 27
o
C
 Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi làm nguội: t
WR
= 35
o
C
 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi vào: t
V
= 27

o
C
 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi ra: t
R
= 43
o
C
 Trạng thái nhập liệu là trạng thái lỏng sôi.
 Các ký hiệu:
 G
F
, F: suất lượng nhập liệu tính theo kg/h, kmol/h.
 G
D
, D: suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo kg/h, kmol/h.
 G
W
, W: suất lượng sản phẩm đáy tính theo kg/h, kmol/h.
 x
i
, x
i
: nồng độ phần mol, phần khối lượng của cấu tử i.
II. XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ĐỈNH và SẢN PHẨM ĐÁY THU
ĐƯỢC :
Đun gián tiếp :



+=

+=
WWDDFF
WDF
xGxGxG
GGG
⇔
FD
W
WF
D
WD
F
xx
G
xx
G
xx
G
−
=
−
=
−
Nên : G
D
=
579,9313000
5,05,95
5,030
G

xx
xx
F
WD
WF
=
−
−
=
−
−
(kg/h)
Và: G
W
= G
F
– G
D
= 3000 – 931,579 = 2068,421 (kg/h)
III. XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HỒN LƯU LÀM VIỆC :
1. Nồng độ phần mol :
=
−
+
=
−
+
=
60
3,01

18
3,0
18
3,0
M
x1
M
x
M
x
x
A
F
N
F
N
F
F
0,588 (mol nước/ mol hỗn hợp)
=
−
+
=
−
+
=
60
005,01
18
005,0

18
005,0
M
x1
M
x
M
x
x
A
W
N
W
N
W
W
0,016 (mol nước/ mol hỗn hợp)
Trang 8
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
=
−
+
=
−
+
=
60
955,01
18
955,0

18
955,0
M
x1
M
x
M
x
x
A
D
N
D
N
D
D
0,986 (mol nước/ mol hỗn hợp)
2. Suất lượng mol tương đối của dòng nhập liệu :
01647,058824,0
01647,098606,0
xx
xx
f
WF
WD
−
−
=
−
−

=
= 1,696
3. Tỉ số hồn lưu làm việc :
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Hình 1: Đồ thị cân bằng pha của hệ Nước – Axit axetic
Dựa vào hình 1 ⇒ y
F
*
= 0,705
Tỉ số hồn lưu tối thiểu:
58824,0705,0
705,098606,0
xy
yx
R
F
*
F
*

FD
min
−
−
=
−
−
=
= 2,407
Tỉ số hồn lưu làm việc: R = 1,3R
min
+ 0,3 = 3,429
IV. XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG MOL CỦA CÁC DÒNG PHA :
Coi lưu lượng mol của các dòng pha đi trong mỗi đoạn tháp (chưng và luyện) là không đổi.
1. Tại đỉnh tháp :
Trang 9
x
F
y
F
*
Ln
HD
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
Vì tại đỉnh tháp nồng độ phần mol của nước trong pha lỏng và pha hơi bằng nhau.
⇒ Khối lượng của pha hơi và pha lỏng tại đỉnh tháp là bằng nhau:
M
HD
= M
LD

= x
D
. M
N
+ (1 – x
D
). M
A
= 0,986. 18 + (1 – 0,986). 60 = 18,585 (kg/mol)
Suất lượng khối lượng của dòng hơi tại đỉnh tháp:
G
HD
= (R +1)G
D
= (3,429 + 1). 931,579 = 4126,142 (kg/h)
Suất lượng mol của dòng hơi tại đỉnh tháp:
n
HD
=
585,18
142,4126
M
G
HD
HD
=
= 222,009 (kmol/h)
Suất lượng khối lượng của dòng hồn lưu:
G
L

= RG
D
= 3,429. 931,579 = 3194,563 (kg/h)
Suất lượng mol của dòng hồn lưu:
L =
585,18
563,3194
M
G
LD
L
=
= 171,885 (kmol/h)
2. Tại mâm nhập liệu :
Khối lượng mol của dòng nhập liệu:
M
F
= x
F
. M
N
+ (1 – x
F
). M
A
= 0,588. 18 + (1 – 0,588). 60 = 35,294 (kg/kmol)
Suất lượng mol của dòng nhập liệu:
F =
294,35
3000

M
G
F
F
=
= 256,885 (kmol/h)
Và: n
LF
= L = 171,885 (kmol/h)
n’
LF
= L + F = 171,885 + 256,885 = 428,770 (kmol/h)
n
HF
= n
HD
= 222,009 (kmol/h)
3. Tại đáy tháp :
Vì tại đáy tháp nồng độ phần mol của nước trong pha lỏng và pha hơi bằng nhau.
⇒ Khối lượng của pha hơi và pha lỏng tại đáy tháp là bằng nhau:
M
HW
= M
LW
= x
W
. M
N
+ (1 – x
W

). M
A
= 0,016. 18 + (1 – 0,016). 60 = 59,308
(kg/mol)
Suất lượng mol của dòng sản phẩm đáy:
Trang 10
Ln
HD
n
LF
n’
LF
n
HF
n
HF
F
n
LW
W
n
HW
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
W =
308,59
421,2086
M
G
LW
W

=
= 34,876 (kmol/h)
Và: n
LW
= n’
LF
= 428,770 (kmol/h)
n
HW
= n
HF
= n
HD
= 222,009 (kmol/h)
Chương 4

TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH
(Tháp mâm xuyên lỗ)
Phương trình đường làm việc :
Phần luyện:
1429,3
986,0
x
1429,3
429,3
1R
x
x
1R
R

y
D
+
+
+
=
+
+
+
=
= 0,774x + 0,223
Phần chưng:
016,0
1429,3
696,11
x
1429,3
696,1429,3
x
1R
f1
x
1R
fR
y
W
×
+
−
+

+
+
=
+
−
+
+
+
=
= 1,157x – 0,003
I. ĐƯỜNG KÍNH THÁP :
1. Phần luyện :
1.1. Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong phần luyện :
Nồng độ phần mol trung bình của pha lỏng trong phần luyện:
2
588,0986,0
2
xx
x
FD
L
+
=
+
=
= 0,787 (mol nước/ mol hỗn hợp)
Dựa vào hình 2 ⇒ Nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần luyện: T
LL
= 101,4 (
o

C)
Nồng độ phần khối lượng trung bình của pha lỏng trong luyện:
2
3,0955,0
2
xx
x
FD
L
+
=
+
=
= 0,628 (kg nước/ kg hỗn hợp)
Tra bảng 1.249, trang 310, [5]
Trang 11
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
⇒ Khối lượng riêng của nước ở 101,4
o
C: ρ
NL
= 957,364 (kg/m
3
)
Tra bảng 1.2, trang 9, [5]
⇒ Khối lượng riêng của axit axetic ở 101,4
o
C: ρ
AL
= 955,480 (kg/m

3
)
Áp dụng trong công thức (1.2), trang 5, [5]:
001,0
480,955
628,01
364,957
628,0
x1x
1
AL
L
NL
L
LL
=
−
+=
ρ
−
+
ρ
=
ρ
⇒ ρ
LL
= 956,661 (kg/m
3
)
1.2. Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần luyện :

Nồng độ trung bình của pha hơi trong phần luyện:
y
L
= 0,774x
L
+ 0,223 = 0,832
Dựa vào hình 2 ⇒ Nhiệt độ trung bình của pha hơi trong phần luyện: T
HL
= 101,6 (
o
C)
Khối lượng mol trung bình của pha hơi trong phần luyện:
M
HL
= y
L
. M
N
+ (1 – y
L
). M
A
= 0,832. 18 + (1 – 0,832). 60 = 25,054 (kg/kmol)
Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần luyện:
)2736,101(
273
4,22
054,251
RT
PM

HL
HL
HL
+×
×
==ρ
= 0,815 (kg/m
3
)
Trang 12
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
100
102
104
106
108
110
112
114
116
118
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Hình 2: Giản đồ T – x,y của hệ Nước – Axit axetic
1.3. Tính vận tốc pha hơi đi trong phần luyện :
Trang 13
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
Tra bảng IX.4a, trang 169, [6] ⇒ Với đường kính tháp trong khoảng 1,4 ÷ 1,6 (m) thì
khoảng cách mâm là: ∆h = 400 (mm) = 0,4 (m)
Tra đồ thị 6.2, trang 256, [4] ⇒ C = 0,057
Vận tốc pha hơi đi trong phần luyện:

815,0
661,956
057,0C
HL
LL
L
=
ρ
ρ
=ω
= 1,953 (m/s)
1.4. Tính đường kính phần luyện :
Suất lượng mol của pha hơi trong phần luyện: n
HL
= n
HD
= 222,009 (kmol/h)
Suất lượng thể tích của pha hơi trong phần luyện:
13600
)2736,101(
273
4,22
009,222
P3600
RTn
Q
HLHL
HL
×
+××

=
×
=
= 1,895 (m
3
/s)
Đường kính phần luyện:
953,1
895,14
Q4
L
HL
L
×π
×
=
πω
=φ
= 1,112 (m)
2. Phần chưng :
Tính tốn tương tự như phần luyện ⇒ ta có bảng kết quả sau:
x
c
x
C
T
LC

NC


AC
1/
LC

LC
0,302 0,153 107,4 952,924 944,680 0,001 945,928
y
c
T
HC
M
HC

HC

C
Q
HC

C
0,347 109 45,415 1,449 1,456 1,933 1,300
Vì 
L
≈ 
C
⇒ ta có thể lấy đường kính của tồn tháp là đường kính của phần chưng.
Chọn theo chuẩn ⇒ 1,4m) (phù hợp với điều kiện 1,4 ÷ 1,6m)
Kết luận: đường kính tháp là 1,4m)
Vận tốc pha hơi trong phần chưng và phần luyện theo thực tế:
22

HC
C
4,1
933,14
Q4
×π
×
=
πφ
=ω
=1,256 (m/s)
22
HL
L
4,1
895,14
Q4
×π
×
=
πφ
=ω
=1,231 (m/s)
Trang 14
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
0
0,1
0,2
0,3
0,4

0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Hình 3: Số mâm lý thuyết
II. CHIỀU CAO THÁP :
1. Phần luyện :
Trang 15
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
Dựa vào hình 3 ⇒ Số mâm lý thuyết phần luyện: n
ltL
= 19
1.1. Tính hiệu suất mâm :
Tại nhiệt độ trung bình của pha hơi trong phần luyện T
HL
= 101,6
o
C thì:
• Tra bảng 1.250, trang 312, [5] ⇒ Aùp suất hơi bão hòa của nước P
NL
= 1,09668 at =
806,060 (mmHg)
• Tra hình XXIII, trang 466, [4] ⇒ Aùp suất hơi bão hòa của axit axetic P
AL
= 150
(mmHg)
Nên:

150
060,806
P
P
AL
NL
L
==α
= 5,374
Tại nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần luyện T
LL
= 101,4
o
C thì:
• Tra bảng 1.104, trang 96, [5] ⇒ Độ nhớt của nước µ
NL
= 0,2808 (cP)
• Dùng tốn đồ 1.18, trang 90, [5] ⇒ Độ nhớt của axit axetic µ
AL
= 0,42 (cP)
Độ nhớt của hỗn hợp lỏng: lgµ
hh
= x
1
lgµ
1
+ x
2
lgµ
2

(công thức (I.12), trang 84, [5])
Nên: lgµ
L
= 0,787. lg0,2808 + (1 – 0,787)lg0,42 = -0,514 ⇒ µ
L
= 0,306 (cP)
⇒ α
L
µ
L
= 1,644
Tra hình 6.4, trang 257, [4] ⇒ E
L
= 0,42
Vì tháp có đường kính lớn: φ = 1,4m > 0,9m ⇒ phải hiệu chỉnh lại giá trị E
L
.
Tra hình 6.5, trang 258, [4] ⇒ ∆ = 0,14
Nên: E
CL
= E
L
(1 + ∆) = 0,479
1.2. Tính số mâm thực tế phần luyện :
Số mâm thực: n
ttL
=
479,0
19
E

n
CL
ltL
=
= 39,683 ≈ 40
2. Phần chưng :
Tính tốn tương tự như phần luyện ⇒ ta có bảng kết quả sau:
n
ltC
P
NC
P
AC

C

NC

AC
lg
C

C
14 1066,632 190 5,614 0,2632 0,39 -0,461 0,346

C

C
E
C

E
CC
n
ttC
n
ttC
quy tròn
1,944 0,4 0,456 30,702 31
3. Chiều cao tháp :
Số mâm thực tế của tồn tháp: n
tt
= n
ttL
+ n
ttC
= 40 + 31 = 71
Chiều cao thân tháp: H
thân
= (n
tt
–1)∆h + 1 = 29 (m)
Chọn đáy (nắp) ellip tiêu chuẩn có
φ
t
h
= 0,25 ⇒ h
t
= 0,25. 1,4 = 0,35 (m)
Chọn chiều cao gờ: h
g

= 50mm = 0,05 (m)
Chiều cao đáy (nắp): H
đn
= h
t
+ h
g
= 0,4 (m)
Kết luận: Chiều cao tồn tháp: H = H
thân
+ 2H
đn
= 29 + 2.0,4 = 29,8 (m)
III. TRỞ LỰC THÁP :
1. Cấu tạo mâm lỗ :
Chọn tháp mâm xuyên lỗ có ống chảy chuyền với:
 Tiết diện tự do bằng 8% diện tích mâm.
 Đường kính lỗ: d
lỗ
= 3mm = 0,003 (m).
 Chiều cao gờ chảy tràn: h
gờ
= 50mm = 0,05 (m).
 Diện tích của 2 bán nguyệt bằng 20% diện tích mâm.
 Lỗ bố trí theo hình lục giác đều.
Trang 16
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
 Khoảng cách giữa 2 tâm lỗ bằng 7mm.
 Mâm được làm bằng thép không gỉ X18H10T.
Số lỗ trên 1 mâm:

N =
2
2
loãloã
maâm
03,0
4,1
08,0
d
08,0
S
S%8






=








φ
=
= 17422,222

Gọi a là số hình lục giác.
Áp dụng công thức (V.139), trang 48, [6]: N = 3a(a+1) +1
Giải phương trình bậc 2 ⇒ a = 75,706 ≈ 76 ⇒ N = 17557 (lỗ)
Số lỗ trên đường chéo: b = 2a + 1 = 153 (lỗ)
2. Trở lực của đĩa khô :
Aùp dụng công thức (IX.140), trang 194, [6]:
2
.'
P
H
2
k
ρω
ξ=∆
Đối với đĩa có tiết diện tự do bằng 8% diện tích mâm thì ξ = 1,82
2.1. Phần luyện :
Vận tốc hơi qua lỗ: ω’
L
=
08,0
231,1
%8
L
=
ω
= 15,392 (m/s)
Nên: ∆P
kL
=
2

815,0.392,15
82,1
2
= 175,724 (N/m
2
)
2.2. Phần cất :
Vận tốc hơi qua lỗ: ω’
C
=
08,0
256,1
%8
C
=
ω
= 15,696 (m/s)
Nên: ∆P
kC
=
2
449,1.696,15
82,1
2
= 324,829 (N/m
2
)
3. Trở lực do sức căng bề mặt :
Vì đĩa có đường kính lỗ > 1mm
⇒ Aùp dụng công thức (IX.142), trang 194, [6]:

2
loãloã
d08,0d3,1
4
P
+
σ
=∆
σ
3.1. Phần luyện :
Tại nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần luyện T
LL
= 101,4
o
C thì:
• Tra bảng 1.249, trang 310, [5] ⇒ Sức căng bề mặt của nước σ
NL
= 0,585756 (N/m)
• Tra bảng 1.242, trang 300, [5] ⇒ Sức căng bề mặt của axit σ
AL
= 0,019674 (N/m)
Aùp dụng công thức (I.76), trang 299, [5]:
21
21
21
111
σ+σ
σσ
=σ⇒
σ

+
σ
=
σ
Nên:
019674,0585756,0
019674,0585756,0
LL
+
×
=σ
= 0,019 (N/m)
Cho ta:
2
L
003,008,0003,03,1
019,04
P
×+×
×
=∆
σ
= 19,519 (N/m
2
)
3.2. Phần chưng :
Tính tốn tương tự như phần luyện ⇒ ta có bảng kết quả sau:

NC


AC

LC
p
C
0,573996 0,019134 0,019 18,988
4. Trở lực thủy tĩnh do chất lỏng trên đĩa tạo ra :
Trang 17
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
Aùp dụng công thức trang 285, [4]:∆P
b
= 1,3h
b
Kρ
L
g
Với: h
b
= h
gờ
+ ∆h
l
3/2
gôø
L
l
KL85,1
Q
h









=∆
Trong đó:
 L
gờ
: chiều dài của gờ chảy tràn, m
 K = ρ
b
/ρ
L
: tỷ số giữa khối lượng riêng chất lỏng bọt và khối lượng riêng của chất lỏng,
lấy gần bằng 0,5.
 Q
L
=
L
LL
M.n
ρ
: suất lượng thể tích của pha lỏng, m
3
/s.
Tính chiều dài gờ chảy tràn:
Ta có: S

quạt
- S
∆
= S
bán nguyệt
⇔
2
2
R
2
%20
2
cosR
2
sinR
2
1
.2
2
R
π=
αα
−α
⇔ α - sinα = 0,2π
Dùng phép lặp ⇒ α = 1,626753345 (Rad)
Nên: L
gờ
= φsin
2
α

= 1,4. sin
2
626753345,1
= 1,017 (m)
4.1. Phần luyện :
Khối lượng mol trung bình của pha lỏng trong phần luyện:
M
LL
=
2
294,35585,18
2
MM
FLD
+
=
+
= 26,940 (kg/kmol)
Suất lượng mol của pha lỏng trong phần luyện: n
LL
= L = 171,885 (kmol/h)
Suất lượng thể tích của pha lỏng trong phần luyện:
Q
LL
=
661,956
940,26885,171
M.n
LL
LLLL

×
=
ρ
= 0,00134 (m
3
/s)
Nên:
3/2
lL
5,0017,185,1
00134,0
h






××
=∆
= 0,01269 (m)
Cho ta: ∆P
bL
= 1,3(h
gờ
+ ∆h
lL
)Kρ
LL
g

= 1,3.(0,05 + 0,01269). 0,5. 956,661. 9,81 = 382,396 (N/m
2
)
4.2. Phần chưng :
Tính tốn tương tự như phần luyện ⇒ ta có bảng kết quả sau:
Trang 18
L
gờ
R
α
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
M
LC
Q
LC
h
lC
p
bC
47,301 0,00357 0,02432 448,261
5. Tổng trở lực thuỷ lực của tháp :
Tổng trở lực của 1 mâm trong phần luyện của tháp là:
∆P
L
= ∆P
kL
+ ∆P
σ
L
+ ∆P

bL
= 175,724 + 19,519 + 382,396 = 577,638 (N/m
2
)
Tổng trở lực của 1 mâm trong phần chưng của tháp là:
∆P
C
= ∆P
kC
+ ∆P
σ
C
+ ∆P
bC
= 324,829 + 18,988 + 448,261 = 792,078 (N/m
2
)
Kiểm tra hoạt động của mâm:
 Kiểm tra lại khoảng cách mâm ∆h = 0,4m đảm bảo cho điều kiện hoạt động bình
thường của tháp: ∆h >
g
P
8,1
L
ρ
∆
Với các mâm trong phần chưng trở lực thuỷ lực qua 1 mâm lớn hơn trở lực thuỷ lực của
mâm trong phần luyện, ta có:
18,9928,945
078,792

8,1
g
P
8,1
LC
C
×
=
ρ
∆
= 0,154
⇒ Điều kiện trên được thỏa.
 Kiểm tra tính đồng nhất của hoạt động của mâm.
Tính vận tốc tối thiểu qua lỗ của pha hơi v
min
đủ để cho các lỗ trên mâm đều hoạt động: v
min

= 0,67
449,182,1
)02432,005,0(928,94581,9
67,0
hg
HC
bCLC
×
+××
=
ξρ
ρ

= 10,835 < 15,696
⇒ Các lỗ trên mâmđều hoạt động.
Kết luận:
Tổng trở lực thủy lực của tháp:
∆P = n
ttL
.∆P
L
+ n
ttC
∆P
C
= 40. 577,638 + 31. 792,078 = 47659,953 (N/m
2
)
6. Kiểm tra ngập lụt khi tháp hoạt động :
Khoảng cách giữa 2 mâm: ∆h = 400 (mm).
Bỏ qua sự tạo bọt trong ống chảy chuyền, chiều cao mực chất lỏng trong ống chảy chuyền
của mâm xuyên lỗ được xác định theo biểu thức (5.20), trang 120, [2]:
h
d
= h
gờ
+ ∆h
l
+ ∆P + h
d’
, (mm.chất lỏng)
Trong đó:
 h

gờ
: chiều cao gờ chảy tràn (mm)
 ∆h
l
: chiều cao lớp chất lỏng trên mâm (mm).
 ∆P: tổng trở lực của 1 mâm (mm.chất lỏng).
 h
d’
: tổn thất thủy lực do dòng lỏng chảy từ ống chảy chuyền vào mâm, được xác định
theo biểu thức (5.10), trang 115, [2]:
2
d
L
'd
S.100
Q
.128,0h








=
, (mm.chất lỏng)
 Q
L
: lưu lượng của chất lỏng (m

3
/h).
 S
d
: tiết diện giữa ống chảy chuyền và mâm.
S
d
= 0,8 . S
mâm
= 0,8.
4
π
.1,4
2
= 1,232 (m
2
)
Để tháp không bị ngập lụt khi hoạt động thì: h
d
≤
2
1
∆h = 200 (mm)
6.1. Phần luyện :
 ∆h
lL
= 0,01269. 1000 = 12,69 (mm)
Trang 19
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
 ∆P

L
=
1000
81,9661,956
638,577
1000
g
638,577
LL
×
×
=×
ρ
= 61,550 (mm.chất lỏng)

2
2
d
LL
L'd
232,1100
360000134,0
.128,0
S.100
Q
.128,0h







×
×
=








=
= 0,0002 (mm.chất lỏng)
Nên: h
dL
= 50 + 12,69 + 61,550 + 0,0002 = 124,237 (mm) < 200 (mm)
Vậy: Khi hoạt động thì mâm ở phần luyện sẽ không bị ngập lụt.
6.2. Phần chưng :
 ∆h
lC
= 0,02432. 1000 = 24,32 (mm)
 ∆P
C
=
1000
81,9928,945
078,792
1000

g
638,577
LL
×
×
=×
ρ
= 85,357 (mm.chất lỏng)

2
2
d
LC
C'd
232,1100
360000357,0
.128,0
S.100
Q
.128,0h






×
×
=









=
= 0,0014 (mm.chất lỏng)
Nên: h
dC
= 50 + 24,32 + 85,357 + 0,0014 = 159,676 (mm) < 200 (mm)
Vậy: Khi hoạt động thì mâm ở phần chưng sẽ không bị ngập lụt.
Kết luận: Khi hoạt động tháp sẽ không bị ngập lụt.
IV. BỀ DÀY THÁP :
1. Thân tháp :
Vì tháp hoạt động ở áp suất thường nên ta thiết kế thân hình trụ bằng phương pháp hàn hồ
quang điện, kiểu hàn giáp mối 2 phía. Thân tháp được ghép với nhau bằng các mối ghép bích.
Vì tháp hoạt động ở nhiệt độ cao (>100
o
C) nên ta phải bọc cách nhiệt cho tháp.
Để đảm bảo chất lượng của sản phẩm và khả năng ăn mòn của axit axetic đối với thiết bị, ta
chọn thiết bị thân tháp là thép không gỉ mã X18H10T.
1.1. Các thông số cần tra và chọn phục vụ cho quá trình tính tốn :
 Nhiệt độ tính tốn : t = t
max
+ 20
o
C = 117,6 + 20 = 137,6 (
o

C)
 Áp suất tính tốn : vì tháp hoạt động ở áp suất thường nên: P = P
thủy tĩnh
+ ∆P
Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong tồn tháp:
ρ
L
=
2
928,945661,956
2
LCLL
+
=
ρ+ρ
= 951,295 (kg/m
3
)
Nên: P

= ρ
L
gH = 951,295. 9,81. 29,8 + 47659,953 = 325759,532 (N/m
2
)
= 0,326 (N/mm
2
)
 Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường :
Vì môi trường axit có tính ăn mòn và thời gian sử dụng thiết bị là trong 20 năm

⇒ C
a
= 1. 2 = 2 (mm)
 Ứng suất cho phép tiêu chuẩn :
Vì vật liệu là X18H10T ⇒ [σ]
*
= 140 (N/mm
2
) (Hình 1.1, trang 18, [7])
 Hệ số hiệu chỉnh :
Vì thiết bị có bọc lớp cách nhiệt ⇒ η = 0,95 (trang 26, [7])
 Ứng suất cho phép : [σ] = η [σ]
*
= 133 (N/mm
2
)
 Hệ số bền mối hàn :
Vì sử dụng phương pháp hàn hồ quang điện, kiểu hàn giáp mối 2 phía
⇒ ϕ
h
= 0,95 (Bảng XIII.8, trang 362, [6])
Trang 20
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
1.2. Tính bề dày :
Ta có:
95,0
326,0
133
P
][

h
×=ϕ
σ
= 387,863 > 25
⇒ S’ =
95,01332
326,01400
][2
P
h
××
×
=
ϕσ
φ
= 1,805 ⇒ S’ + C
a
= 1,805 + 2 = 3,805 (mm)
Quy tròn theo chuẩn: S = 4 (mm) (Bảng XIII.9, trang 364, [6])
Bề dày tối thiểu: S
min
= 4 (mm) (Bảng 5.1, trang 128, [7])
⇒ Bề dày S thỏa điều kiện.
1.3. Kiểm tra độ bền :
Điều kiện:
1,0
CS
a
≤
φ

−
⇔
1,0
1400
24
≤
−
⇔ 0,001 ≤ 0,1 (thỏa)
Nên:
)24(1400
)24(95,01332
)CS(
)CS(][2
]P[
a
ah
−+
−×××
=
−+φ
−ϕσ
=
= 0,360 > P = 0,326 (thỏa)
Kết luận: S = 4 (mm)
2. Đáy và nắp :
Chọn đáy và nắp có dạng hình ellip tiêu chuẩn, có gờ, làm bằng thép X18H10T
Chọn bề dày đáy và nắp bằng với bề dày thân tháp: S = 4 (mm).
Kiểm tra điều kiện:








≥
−+
−ϕσ
=
≤
−
P
)CS(R
)CS(][2
]P[
125,0
D
CS
at
ah
t
a
Trong đó: D
t
= φ
Vì đáy và nắp có hình ellip tiêu chuẩn với
25,0
D
h
t

t
=
⇒ R
t
= D
t
⇒ Điều kiện trên được thỏa như đã kiểm tra ở phần thân tháp.
Kết luận: Kích thước của đáy và nắp:
 Đường kính trong: D
t
= φ = 1400 (mm)
 h
t
= 350 (mm)
 Chiều cao gờ: h
gờ
= 50 (mm)
 Bề dày: S = 4 (mm)
 Diện tích bề mặt trong: S
bề mặt
= 2,35 (m
2
) (Bảng XIII.10, trang 382, [6])
V. BỀ DÀY MÂM :
1. Các thông số cần tra và chọn phục vụ cho quá trình tính tốn :
 Nhiệt độ tính tốn : t = t
max
= 117,6 (
o
C)

 Áp suất tính tốn : P = P
thủy tĩnh
+ P
gờ
Chọn bề dày gờ chảy tràn là 3mm.
Thể tích của gờ chảy tràn: V = 1,017. (50 + 50 + 400 – 20). 3. 10
-6
= 0,00146 (m
3
)
Trang 21
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
Tra bảng XII.7, trang 313, [6]
⇒ Khối lượng riêng của thép X18H10T là: ρ
X18H10T
= 7900 (kg/m
3
)
Khối lượng gờ chảy tràn: m = Vρ
X18H10T
= 11,572 (kg)
Áp suất do gờ chảy tràn tác dụng lên mâm tròn:
4
mg
P
2
gôø
φ
π
=

= 73,747 (N/m
2
)
Khối lượng riêng của chất lỏng tại đáy tháp: ρ
LW
= 927,309 (kg/m
3
)
Áp suất thủy tĩnh:
P
thủy tĩnh
= ρ
LW
g(h
gờ
+ ∆h
lC
)
= 927,309. 9,81. (0,05 + 0,02432)
= 676,059 (N/m
2
)
⇒ P = 73,747 + 676,059 = 749,806 (N/m
2
) = 0,0007 (N/mm
2
)
 Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường :
Vì môi trường axit có tính ăn mòn và thời gian sử dụng thiết bị là trong 20 năm
⇒ C

a
= 1. 2 = 2 (mm)
 Ứng suất cho phép tiêu chuẩn :
Vì vật liệu là X18H10T ⇒ [σ]
*
= 141 (N/mm
2
) (Hình 1.1, trang 18, [7])
 Hệ số hiệu chỉnh : η = 1 (trang 26, [7])
 Ứng suất cho phép : [σ] = η [σ]
*
= 141 (N/mm
2
)
 Môđun đàn hồi : E = 199824 (N/mm
2
) (Bảng 2.12, trang 45, [7])
 Hệ số Poisson : µ = 0,33 (Bảng XII.7, trang 313, [6])
 Hệ số điều chỉnh : ϕ
b
=
3
37
t
dt
−
=
−
= 0,571
2. Tính bề dày : Đối với bản tròn đặc ngàm kẹp chặt theo chu vi:

Ứng suất cực đại ở vòng chu vi:
2
max
S
D
16
P3






=σ
(Công thức 6.36, trang 100, [8])
Đối với bản có đục lỗ:
][
S
D
16
P3
2
bb
max
maxl
σ≤







ϕ
=
ϕ
σ
=σ
⇔ S
571,014116
0007,03
1400
][16
P3
D
b
××
×
=
ϕσ
≥
= 1,849 (mm)
Nên: S + C
a
= 3,849 (mm)
Chọn S = 5 (mm)
Kiểm tra điều kiện bền:
Độ võng cực đại ở tâm:
T
4
o

D64
PR
W
=
(Công thức 6.35, trang 100, [8])
Đối với bản có đục lỗ:
Tb
4
b
o
lo
D64
PR
W
W
ϕ
=
ϕ
=
Với:
)1(12
ES
D
2
3
T
µ−
=
⇒
3

b
24
3
b
24
b
o
lo
ES
)1(PR
.
16
3
ES64
)1(PR12
W
W
ϕ
µ−
=
ϕ
µ−
=
ϕ
=
Để đảm bảo điều kiện bền thì: W
lo
< ½ S
Trang 22
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục

Mà:
3
24
lo
5199824571,0
)33,01(70000007
.
16
3
W
××
−×
=
= 2,107 < ½ . 5 = 2,5
⇒ Bề dày S đã chọn thỏa điều kiện.
Vậy: S = 5 (mm)
VI. BÍCH GHÉP THÂN – ĐÁY và NẮP :
Mặt bích là bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của thiết bị cũng như nối các bộ phận
khác với thiết bị. Các loại mặt bích thường sử dụng:
 Bích liền : là bộ phận nối liền với thiết bị (hàn, đúc và rèn). Loại bích này chủ yếu dùng
thiết bị làm việc với áp suất thấp và áp suất trung bình.
 Bích tự do : chủ yếu dùng nối ống dẫn làm việc ở nhiệt độ cao, để nối các bộ bằng kim
loại màu và hợp kim của chúng, đặc biệt là khi cần làm mặt bích bằng vật liệu bền hơn
thiết bị.
 Bích ren : chủ yếu dùng cho thiết bị làm việc ở áp suất cao.
Chọn bích được ghép thân, đáy và nắp làm bằng thép CT3, cấu tạo của bích là bích liền
không cổ.
Tra bảng XIII.27, trang 417, [6], ứng với D
t
= φ = 1400 (mm) và áp suất tính tốn P =

0,326 (N/mm
2
) ⇒ chọn bích có các thông số sau:
D
t
D D
b
D
1
D
o
h
Bu lông
d
b
Z
(mm) (cái)
1400 1550 1500 1460 1413 35 24 40
Tra bảng IX.5, trang 170, [6], với ∆h = 400 (mm) ⇒ khoảng cách giữa 2 mặt bích là
2000mm và số mâm giữa 2 mặt bích là 5.
Ta có:
2
29
2
H
thaân
=
= 14,5
⇒ Số mặt bích cần dùng để ghép là: (15 + 1).2 = 32 (bích)
Khoảng cách giữa 2 mặt bích theo thực tế: ∆l

bích
=
15
29
15
H
thaân
=
= 1,933 (m)
Độ kín của mối ghép bích chủ yếu do vật đệm quyết định. Đệm làm bằng các vật liệu mềm
hơn so với vật liệu bích. Khi xiết bu lông, đệm bị biến dạng và điền đầy lên các chỗ gồ ghề trên
bề mặt của bích. Vậy, để đảm bảo độ kín cho thiết bị ta chọn đệm là dây amiăng, có bề dày là
3(mm).
Trang 23
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
VII. CHÂN ĐỠ THÁP :
1. Tính trọng lượng cùa tồn tháp :
Tra bảng XII.7, trang 313, [6]
⇒ Khối lượng riêng của tháp CT3 là: ρ
CT3
= 7850 (kg/m
3
)
Khối lượng của một bích ghép thân:
m
bích ghép thân
=
( )
( )
7850035,04,155,1

4
hDD
4
22
3CT
2
t
2
××−
π
=ρ−
π
= 95,486 (kg)
Khối lượng của một mâm:
m
mâm
=
T10H18Xmâm
2
t
%)10%8%100(D
4
ρ−−δ
π
=
4
π
.1,4
2
.0,005.0,82.7900 = 49,861 (kg)

Khối lượng của thân tháp:
m
thân
=
4
π
.(D
2
ng
–D
2
t
).H
thân
. ρ
X18H10T
=
( )
7900.29.4,1408,1.
4
22
−
π
= 4042,054 (kg)
Khối lượng của đáy (nắp) tháp:
m
đáy(nắp)
= S
bề mặt
.δ

đáy
. ρ
X18H10T
= 2,35 . 0,004 . 7900 = 74,26 (kg)
Khối lượng của tồn tháp:
m = 32 m
bích ghép thân
+ 71 m
mâm
+ m
thân
+ 2 m
đáy(nắp)


= 10786,231 (kg)
2. Tính chân đỡ tháp :
Chọn chân đỡ: tháp được đỡ trên bốn chân.
Vật liệu làm chân đỡ tháp là thép CT
3
.
Truïc thieát bò
Theo ñaùy
thieát bò
Tải trọng cho phép trên một chân: G
c
=
4
81,9694,10805
4

mg
4
P
×
==
= 2,645.10
4
(N)
Để đảm bảo độ an tồn cho thiết bị, ta chọn: G
c
= 4.10
4
(N)
Tra bảng XIII.35, trang 437, [6] ⇒ chọn chân đỡ có các thông số sau:
L B B
1
B
2
H h s l d
260 200 225 330 400 225 16 100 27
Thể tích một chân đỡ: V
chân đỡ
≈ (384. 16. 330. 2 + 260. 16. 200). 10
-9
= 0,005 (m
3
)
Khối lượng một chân đỡ: m
chân đỡ
= V

chân đỡ.
ρ
CT3
= 38,363 (kg)
Trang 24
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
VIII. TAI TREO THÁP :
Chọn tai treo: tai treo được gắn trên thân tháp để giữ cho tháp khỏi bị dao động trong điều
kiện ngoại cảnh.
Chọn vật liệu làm tai treo là thép CT
3
.
Ta chọn bốn tai treo, tải trọng cho phép trên một tai treo: G
t
= G
c
= 4.10
4
(N).
Tra bảng XIII.36, trang 438, [6] ⇒ chọn tai treo có các thông số sau:
L B B
1
H S l a d
190 160 170 280 10 80 25 30
Khối lượng một tai treo: m
tai treo
= 7,35 (kg)
Tra bảng XIII.37, trang 439, [6]
⇒ Chọn tấm lót tai treo bằng thép CT3 có các thông số sau:
 Chiều dài tấm lót: H = 460 (mm).

 Chiều rộng tấm lót: B = 320 (mm).
 Bề dày tấm lót: S
H
= 8 (mm).
Thể tích một tấm lót tai treo: V
tấm lót
= 460. 320. 8. 10
-9
= 0,001 (m
3
)
Khối lượng một tấm lót tai treo: m
tấm lót
= V
tấm lót.
ρ
CT3
= 9,244 (kg)
IX. CỬA NỐI ỐNG DẪN VỚI THIẾT BỊ – BÍCH NỐI CÁC BỘ PHẬN CỦA
THIẾT BỊ và ỐNG DẪN :
Ống dẫn thường được nối với thiết bị bằng mối ghép tháo được hoặc không tháo được.
Trong thiết bị này, ta sử dụng mối ghép tháo được.
Trang 25