thiet ke thap chung cat axit acetic pptx

Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hoàng Minh
Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thò Ngọc Hạ
Đại học Quốc gia TpHCM
Trường Đại học Bách Khoa
Khoa Công nghệ Hóa học & Dầu khí
BỘ MÔN MÁY & THIẾT BỊ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC:

THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT LOẠI MÂM CHÓP ĐỂ
CHƯNG CẤT HỖN HP AXIT AXETIC - NƯỚC
CBHD: Thầy HOÀNG MINH NAM
Sinh viên: MAI THỊ NGỌC HẠ
MSSV: 60500799
Lớp: HCO5KSTN
Ngành : HÓA HỮU CƠ
Năm học : 2008 - 2009
1
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hoàng Minh
Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thò Ngọc Hạ
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
I . LÝù THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT
1 . Phương pháp chưng cất
2 . Thiết bò chưng cất:
II . GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU
1 . Acid axetic
2 . Nước

3 . Hỗn hợp Acid axetic – Nước
CHƯƠNG 2 : QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
CHƯƠNG 3 : CÂN BẰNG VẬT CHẤT
I. CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU
II. XÁC ĐỊNH SUẤT LƯNG SẢN PHẨM ĐỈNH VÀ ĐÁY
III. XÁC ĐỊNH TỶ SỐ HOÀN LƯU LÀM VIỆC
IV. XÁC ĐỊNH SUẤT LƯNG MOL CỦA CÁC DÒNG PHA
CHƯƠNG 4 : CÂN BẰNG NĂNG LƯNG
CHƯƠNG 5 : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
I. ĐƯỜNG KÍNH THÁP:
1. Đường kính đoạn luyện
2. Đường kính đoạn chưng
II. CHIỀU CAO THÁP
III. TÍNH TOÁN CHÓP VÀ ỐNG CHẢY CHUYỀN
IV. TRỞ LỰC CỦA THÁP
CHƯƠNG 6 : TÍNH TOÁN CƠ KHÍ
I. TÍNH CHIỀU DÀY THÂN THÁP
II. TÍNH ĐÁY, NẮP THIẾT BỊ
III. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH VÀ BULON ỐNG DẪN
1. Ống dẫn hơi vào thiết bò ngưng tụ
2. Ống dẫn dòng chảy hoàn lưu
3. Ống dẫn dòng nhập liệu
4. Ống dẫn dòng sản phẩm đáy
5. Ống dẫn từ nồi đun qua tháp
CHƯƠNG 7 : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ
I. THIẾT BỊ ĐUN SÔI ĐÁY THÁP
II. THIẾT BỊ LÀM NGUỘI SẢN PHẨM ĐÁY
III. THIẾT BỊ NGƯNG TỤ SẢN PHẨM ĐỈNH
IV. THIẾT BỊ ĐUN SÔI DÒNG NHẬP LIỆU
V. BỒNG CAO VỊ

VI. BƠM
CHƯƠNG 8 : TÍNH GIÁ THÀNH THIẾT BỊ
2
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hoàng Minh
Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thò Ngọc Hạ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
3
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 hoàn 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 Axit axetic – Nước là 2 cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta
phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết.
Đồ án môn học Quá trình và Thiết bò 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 toán cụ thể về: quy
trình công nghêä, kết cấu, giá thành của một thiết bò 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 0,5m
3
/h, nồng độ nhập liệu là 8%(kg axit/kg
hỗn hợp), nồng độ sản phẩm đỉnh là 95,5%(kg nước/kg hỗn hợp), nồng độ
sản phẩm đáy là 30%(kg axit/kg hỗn hợp), tháp làm việc ở áp suất
thường.

Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hoàng Minh
Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thò Ngọc Hạ
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
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 (nghóa 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 (nghóa 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.
Thiết bò chưng cất:
Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bò khác nhau để tiến hành chưng cất. Tuy
nhiên yêu cầu cơ bản chung của các thiết bò vẫn giống nhau nghóa là diện tích bề mặt tiếp
4
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hoàng Minh
Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thò Ngọc Hạ
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
đóa, ta có:
Tháp mâm chóp : trên mâm bố trí có chóp dạng tròn, xupap, chữ s…, có rãnh xung quanh để
pha khí đi qua và ống chảy chuyền có hình tròn.
- 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:

Vậy ta sử dụng tháp mâm chóp để chưng cất hỗn hợp AXIT AXETIC – NƯỚC
II. GIỚI THIỆU SƠ BỘ VỀ TÍNH CHẤT 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.
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.
- Làm việc được với chất
lỏng bẩn.
- Khá ổn đònh.
- Hiệu suất cao
Nhược

điểm
- Do có hiệu ứng thành → hiệu
suất truyền khối thấp.
- Độ ổn đònh không cao, khó vận
hành.
- Do có hiệu ứng thành → khi
tăng năng suất thì hiệu ứng thành
tăng → khó tăng năng suất.
- Thiết bò khá nặng nề.
- Kết cấu khá phức tạp. - Có trở lực lớn.
- Tiêu tốn nhiều
vật tư, kết cấu
phức tạp.
5
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hoàng Minh
Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thò Ngọc Hạ
 Nhôm bò ăn mòn bởi axit loãng, nó đề kháng tốt đối với axit axetic đặc và thuần
khiết. Đồng và chì bò 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, vò chua, tan trong nước và cồn etylic.
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

 →

C80ởaxetatCoban
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 đònh 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 trò (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 vò nhưng
khối nước dày sẽ có màu xanh nhạt.
6
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hoàng Minh
Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thò Ngọc Hạ
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 hoà tan nhiều chất và là dung môi rất
quan trọng trong kỹ thuật hóa học.
3. Hỗn hợp Acid acetic – Nước:
Ta có bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp Acid acetic -
Nước ở 760 mmHg:
x(%phân
mol)
0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

y(%phân
mol)
0 9.2 16.7 30.3 42.5 53 62.6 71.6 79.5 86.4 93 100
t(
0
C) 118.
4
115.
4
113.
8
110.
1
107.
5
105.
8
104.
4
103.
3
102.
1
101.
3
100.
6
100
Hình12: Giản đồ x - y của hệ Axit axetic - Nước
7

Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hoàng Minh
Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thò Ngọc Hạ
Hình 2: Giản đồ T – x,y của hệ Axit axetic–Nước
8
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hoàng Minh
Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thò Ngọc Hạ
CHƯƠNG 2 : QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Chú thích các kí hiệu trong qui trình:
1. Bồn chứa nguyên liệu.
2. Bơm.
3. Bồn cao vò.
4. Lưu lượng kế.
5. Thiết bò đun sôi dòng nhập liệu.
6. Bẩy hơi.
7. Nhiệt kế.
8. Áp kế.
9. Tháp chưng cất.
10. Thiết bò ngưng tụ sản phẩm đỉnh.
11. Bồn chứa sản phẩm đỉnh.
12. Thiết bò đun sôi đáy tháp.
13. Thiết bò làm nguội sản phẩm đáy.
14. Bồn chứa sản phẩm đáy.
Hỗn hợp Nước – Axit axetic có nồng độ nước 92% (theo phần khối lượng), nhiệt độ
khoảng 27
0
C tại bình chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm lên bồn cao vò (3). Sau đó, hỗn
hợp được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi trong thiết bò đun sôi dòng nhập liệu (5), rồi được đưa
vào tháp chưng cất (9) ở đóa nhập liệu.

Trên đóa 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 bò 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 đóa 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 99,5% phần khối lượng). Hơi này đi vào
thiết bò ngưng tụ (10) và được ngưng tụ hoàn toàn. Một phần của chất lỏng ngưng tụ được
hoàn lưu về tháp ở đóa 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 70% phần khối lượng, còn lại là axit axetic. Dung dòch lỏng ở đáy đi ra khỏi tháp vào
nồi đun (12). Trong nồi đun dung dòch 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 bò làm nguội sản phẩm đáy (13), được
làm nguội đến 40
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 được thải bỏ, sản phẩm đáy là
axit axetic được giữ lại.
9
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hoàng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thò Ngọc Hạ
1
2
3
9
12
T
T
T

Vũ Bá Minh
Thiết bò đun sôi đáy tháp
Áp kế
Tháp chưng cất
Thiết bò ngưng tụ sản phẩm đỉnh
Nhiệt kế
Lưu lượng kế
Bẫy hơi
Thiết bò đun sôi dòng nhập liệu
B
?
n ch
?
a s
?
n ph
?
m
d?
nh
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
Hoàng Minh Nam
Mai Th
?
Ng
?c
H
?
Đồ án môn học : Quá trình và Thiết bò
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG CẤT AXIT AXETIC - NƯỚC
DÙNG THÁP MÂM CHÓP
Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
Khoa Công nghệ Hóa học
BỘ MÔN MÁY VÀ THIẾT BỊ
STT
TÊN GỌI
ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT SL VẬT LIỆU
1
2
4
3
7
8
6
5
11
12

10
9
10/10/08
27/12/08
7
x = 92%
t
°

= 27
°
C
Hơi đốt
P = 2,5at
Nước
ngưng
Sản phẩm đỉnh
Dòng
hồi
lưu
P
Hơi đốt
P = 2,5at
Nước
ngưng
Nước lạnh
Nước nóng
Khí
không
ngưng

5
10
3
6
8
1
2
1
2
1
2
3
1
1
1
1
1
P
x = 95,5 %
11
N
u ?
c
N
u?
c
x = 70%
t
°

= 40
°
C
Sản
phẩm
đáy
13
14
Thiết bò làm nguội sản phẩm đáy
B
?
n ch
?
a s
?
n ph
?
m
d
áy
13
14
1
1
1
10
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hoàng Minh
Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thò Ngọc Hạ
CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT

I. CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU :
Chọn loại tháp là tháp mâm xuyên lỗ.
Khi chưng luyện dung dòch axit axetic thì cấu tử dễ bay hơi là nước.
Hỗn hợp:



=⇒
=⇒
)mol/g(18MOH:Nước
)mol/g(60MCOOHCH:axeticAxit
N2
A3
 Năng suất nhập liệu: G
F
= 0.5 (m
3
/h)
 Nồng độ nhập liệu: x
F
= 92% (kg nước/ kg hỗn hợp)
 Nồng độ sản phẩm đỉnh: x
D
= 99.5% (kg nước/ kg hỗn hợp)
 Nồng độ sản phẩm đáy: x
W
= 70% (kg nước/ kg hỗn hợp)
 Chọn:
 Nhiệt độ nhập liệu: t
FV

= 27
o
C
 Trạng thái nhập liệu là trạng thái lỏng sôi.
với thiết bò đun sôi đáy tháp :
 p suất hơi đốt : P
h
= 2.5at
Đối với thiết bò làm nguội sản phẩm đáy :
 Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi làm nguội: t
WR
= 40
o
C
 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi vào: t
V
= 27
o
C
 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi ra: t
R
= 35
o
C
Đối với thiết bò ngưng tụ sản phẩm đỉnh :
 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi vào: t
V
= 27
o
C

 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi ra: t
R
= 60 ÷ 70
o
C
 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 LƯNG SẢN PHẨM ĐỈNH và SẢN PHẨM ĐÁY THU ĐƯC
Tra bảng 1.249, trang 310, [5]
⇒ Khối lượng riêng của nước ở 27
o
C: ρ
N
= 996,4 (kg/m
3
)
Tra bảng 1.2, trang 9, [5]

⇒ Khối lượng riêng của axit axetic ở 27
o
C: ρ
A
= 1040,65 (kg/m
3
)
Áp dụng trong công thức (1.2), trang 5, [5]:
1 0,92 0.08
996,4 1040,65
FN
FA
hh N A
x
x
ρ ρ ρ
= + = +

⇒ ρ
hh
= 1000 (kg/m
3
)
Năng suất nhập liệu : G
F
= 0,5 (m
3
/h)
×
1000 (kg/m

3
) = 500 (kg/h)
Đun gián tiếp :



+=
+=
WWDDFF
WDF
xGxGxG
GGG

11
x
F
y
F
∗
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hoàng Minh
Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thò Ngọc Hạ

FD
W
WF
D
WD
F
xx

G
xx
G
xx
G
−
=
−
=
−
⇔
92 70
500 372,88( / )
99,5 70
F W
D F
D W
x x
G G kg h
x x
−
−
⇔ = = =
− −

⇔
G
W
= G
F

– G
D
= 500 – 372,88 = 127,12 (kg/h)
III. XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HOÀN LƯU LÀM VIỆC :
1. Nồng độ phần mol:
=
−
+
=
−
+
=
60
92,01
18
92,0
18
92,0
1
A
F
N
F
N
F
F
M
x
M
x

M
x
x
0,9746 (mol nước/ mol hỗn hợp)
8861.0
60
70,01
18
70,0
18
70,0
1
=
−
+
=
−
+
=
A
W
N
W
N
W
W
M
x
M
x

M
x
x
(mol nước/ mol hỗn hợp)
9985,0
60
955,01
18
995,0
18
995,0
1
=
−
+
=
−
+
=
A
D
N
D
N
D
D
M
x
M
x

M
x
x
(mol nước/ mol hỗn hợp)
2. Suất lượng mol tương đối của dòng nhập liệu:
27,1
8861,09746,0
8861,09985,0
=
−
−
=
−
−
=
WF
WD
xx
xx
f
3. Tỉ số hoàn lưu làm việc:
Hình 1: Đồ thò cân bằng pha của hệ Nước – Axit axetic

12
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hoàng Minh
Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thò Ngọc Hạ
Dựa vào hình 1 ⇒ y
F
*

= 0,9819
Tỉ số hoàn lưu tối thiểu:
9746,09819,0
9819,09985,0
*
*
min
−
−
=
−
−
=
FF
FD
xy
yx
R
= 2,274
Tỉ số hoàn lưu làm việc: R = 1,3R
min
+ 0,3 = 3,2562
IV. XÁC ĐỊNH SUẤT LƯNG 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:
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

= 0,9985. 18 + (1 – 0,9985). 60 = 18,063 (kg/ kmol)
Suất lượng khối lượng của dòng hơi tại đỉnh tháp:
G
HD
= (R +1)G
D
= (3,2562 + 1). 372,88 = 1587,05 (kg/h)
Suất lượng mol của dòng hơi tại đỉnh tháp:
n
HD
=
862,87
063,18
05,1587
==
HD
HD
M
G
(kmol/h)

Suất lượng khối lượng của dòng hoàn lưu:
G
L
= RG
D
= 3,2562 . 372,88 = 1214.17(kg/h)
Suất lượng mol của dòng hoàn lưu:
22,67
063,18
17,1214
===
LD
L
M
G
L
(kmol/h)
2. Tại mâm nhập liệu:

13
Ln
HD
n
LF
n
HF
F
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hoàng Minh
Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thò Ngọc Hạ

Khối lượng mol của dòng nhập liệu:
M
F
= x
F
. M
N
+ (1 – x
F
). M
A
= 0,9746.18 + (1 – 0,9746).60 = 19,067 (kg/kmol)
Suất lượng mol của dòng nhập liệu:
F =
223,26
067,19
500
===
F
F
M
G
F
(kmol/h)
Và: n
LF
= L = 67.22(kmol/h)
n’
LF
= L + F = 67.22 + 26,223 = 93.443 (kmol/h)

n
HF
= n
HD
= 87.862(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

= 0,8861. 18 + (1 – 0,8861). 60 = 22,784 (kg/mol)
Suất lượng mol của dòng sản phẩm đáy:
58.5
784,22
12,127
===
LW
W
M

G
W
(kmol/h)
Và: n
LW
= n’
LF
= 67.22 (kmol/h)
n
HW
= n
HF
= n
HD
= 87.862 (kmol/h)

14
n’
LF
n
HF
n
LW
W
n
HW
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hoàng Minh
Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thò Ngọc Hạ
CHƯƠNG 4: CÂN BẰNG NHIỆT

I. CÂN BẰNG NHIỆT CHO TOÀN THÁP :
Chọn hơi đốt là hơi nước ở 2,5at
Tra bảng 1.251, trang 314, [5]:
 Nhiệt hóa hơi:
OH
2
r
= r
n
= 2189500 (J/kg)
 Nhiệt độ sôi:
OH
2
t
= t
n
= 126,25 (
o
C)
Dòng sản phẩm tại đáy có nhiệt độ:
 Trước khi vào nồi đun (lỏng): t
S1
= 100,727 (
o
C)
 Sau khi được đun sôi (hơi): t
S2
= 100,966 (
o
C)

Cân bằng nhiệt cho toàn tháp:
Q
đ
+ G
F
h
FS
= (R+1) G
D
r
D
+ G
D
h
DS
+ G
W
h
WS
+ Q
m
Giả sử Q
m
= 0,05Q
đ
⇒ 0,95Q
đ
= (R+1) G
D
r

D
+ G
D
(h
DS
– h
FS
) + G
W
(h
WS
– h
FS
)
• h
FS
= c
F
.t
FS
= [
AFNF
c)x1(cx −+
]t
FS
• h
WS
= c
W
.t

WS
= [
AWNW
c)x1(cx −+
]t
WS
• h
DS
= c
D
.t
DS
= [
ADND
c)x1(cx −+
]t
DS
• r
D
=
ADND
r)x1(rx −+

Với x
F
= 0,9746 ⇒ t
FS
= 100,1524
o
C

x
W
= 0,8861⇒ t
WS
= 100,7272
o
C
x
D
= 0,9985 ⇒ t
DS
= 100,009
o
C
1.1. Nhiệt dung riêng :
Tra bảng 1.249, trang 310, [5]
Nhiệt dung riêng của nước ở 100,009
o
C = 4,220012 (kJ/kg.K)
Nhiệt dung riêng của nước ở 100,1524
o
C = 4,220198 (kJ/kg.K)
Nhiệt dung riêng của nước ở 100,7272
o
C = 4,220945 (kJ/kg.K)
Tra bảng 1.154, trang 172, [5]
Nhiệt dung riêng của axit axetic ở 100,009
o
C = 2,430047 (kJ/kg.K)
Nhiệt dung riêng của axit axetic ở 100,1524

o
C = 2,4308 (kJ/kg.K)
Nhiệt dung riêng của axit axetic ở 100,7272
o
C = 2,433818 (kJ/kg.K)
1.2. Enthalpy :
• h
FS
= ( 0,92 . 4,220198 + 0,08 . 2,4308 ) . 100,1524 = 408,326 (kJ/kg)
• h
WS
= ( 0,70. 4,220945 + 0,30 . 2,433818 ) . 100,7272 = 371,161 (kJ/kg)
• h
DS
= ( 0,995 . 4,220012 + 0,005 . 2,430047 ) . 100,009 = 421,144 (kJ/kg)
1.3. Nhiệt hóa hơi :
Tra bảng 1.250, trang 312, [5]
Nhiệt hóa hơi của nước ở 100,009
o
C = r
N
= 2259,978 (kJ/kg)
Dùng toán đồ 1.65, trang 255, [5]
Nhiệt hóa hơi của axit axetic ở 100,009
o
C = r
A
= 100 (Kcal/kg) = 418,6 (kJ/kg)
Tra bảng 1.251, trang 314, [5]

15
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hoàng Minh
Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thò Ngọc Hạ
Nhiệt hóa hơi của nước ở 2,5 at =
OH
2
r
= 2189,5 (kJ/kg)
Nên: r
D
= 0,995 . 2259,978 + 0,005 . 418,6 = 2250,771 (kJ/kg)
Nhiệt lượng cần cung cấp:
Q
đ
=
95,0
)hh(G)hh(GrG)1R(
FSWSWFSDSDDD
−+−++
= 3760153,109 (kJ/h)
Nếu dùng hơi nước bão hòa (không chứa ẩm) để cấp nhiệt thì: Q
đ
=
OH
2
G
.
OH
2

r
Vậy lượng hơi nước cần dùng là :
OH
đ
OH
2
2
r
Q
G =
= 1717,357(kg/h)
II. THIẾT BỊ LÀM NGUỘI SẢN PHẨM ĐÁY
 Chọn: Nước làm lạnh đi trong ống với nhiệt độ vào t
V
= 27
o
C và nhiệt độ ra t
R
= 35
o
C.
 Sản phẩm đáy đi ngoài ống với nhiệt độ vào t
WS
= 100,7272
o
C,
nhiệt độ ra t
WR
= 40
o

C.
Cân bằng nhiệt: Q = G
W
(h
WS
– h
WR
) = G
n
(h
R
– h
V
)
Nhiệt dung riêng của nước ở 40
o
C = 4,178 (kJ/kg.K)
Nhiệt dung riêng của axit ở 40
o
C = 2,1(kJ/kg.K)
Nên: h
WR
= (0,70. 4,178 + 0,30. 2,1). 40 = 142,184 (kJ/kg)
Tra bảng 1.250, p312, ST I ⇒ Enthalpy của nước ở 27
o
C : h
V
= 113,13 (kJ/kg)
⇒ Enthalpy của nước ở 35
o

C : h
R
= 146,65 (kJ/kg)
Lượng nhiệt trao đổi: Q = G
W
(h
WS
– h
WR
) = 29107,556 (kJ/h)
Suất lượng nước lạnh cần dùng:
VR
n
hh
Q
G
−
=
= 868,364 (kg/h)
III. THIẾT BỊ NGƯNG TỤ SẢN PHẨM ĐỈNH
Chọn:
 Nước làm lạnh đi trong ống với nhiệt độ vào t
V
= 27
o
C và nhiệt độ ra t
R
= 60 ÷ 70
o
C.

 Dòng hơi tại đỉnh đi ngoài ống với nhiệt độ ngưng tụ t
ngưng
= 100,009 (
o
C)
Cân bằng nhiệt: Q
nt
= (R + 1)G
D
r
D
= G
n
(h
R
– h
V
)
Nên: Q
nt
= (R + 1)Dr
D
= 3572090,293 (kJ/h)
Tra bảng 1.250, p312, ST I ⇒ Enthalpy của nước ở 27
o
C : h
V
= 113,13 (kJ/kg)
⇒ Enthalpy của nước ở 60
o

C : h
R
= 251,40 (kJ/kg)
Lượng nước cần dùng:
VR
nt
n
hh
Q
G
−
=
= 25834 (kg/h)
IV. THIẾT BỊ ĐUN SÔI DÒNG NHẬP LIỆU
 Chọn: Dòng nhập liệu đi trong ống trong với nhiệt độ vào t
V
= t
FV
= 27
o
C và nhiệt độ
ra t
R
= t
FS
= 100,1524
o
C.
 Hơi ngưng tụ đi trong ống ngoài có áp suất 2,5at:
 Nhiệt hóa hơi:

OH
2
r
= r
n
= 2189500 (J/kg)
 Nhiệt độ sôi:
OH
2
t
= t
n
= 126,25 (
o
C)
Tra bảng 1.249, trang 310, [5]
⇒ Nhiệt dung riêng của nước ở 27
o
C = 4,178(kJ/kg.K)
Tra bảng 1.154, trang 172, [5]
⇒ Nhiệt dung riêng của axit axetic ở 27
o
C = 2,0311 (kJ/kg.K)
⇒ h
FV
= c
F
.t
FV
= [

AFNF
c)x1(cx −+
]t
FV
= (0,92. 4,178 + 0,08. 2,0311). 27 = 108,17 (kJ/kg)

16
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hoàng Minh
Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thò Ngọc Hạ
Cân bằng nhiệt: Q = G
F
(h
FS
– h
FV
) = G
n
r
n
Nên: Q = G
F
(h
FS
– h
FV
) = 500.(408,326 – 108,17) = 150078 (kJ/h)
Lượng hơi đốt cần dùng:
n
n

r
Q
G =
= 68,544(kg/h)
Chương 5 : TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH
(Tháp chóp)
PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC :
Phần cất :
12562,3
9985,0
12562,3
2562,3
11 +
+
+
=
+
+
+
= x
R
x
x
R
R
y
D
= 0,765x + 0,2346
Phần chưng:
8861,0

12562,3
27,11
12562,3
27,12562,3
1
1
1
×
+
−
+
+
+
=
+
−
+
+
+
= xx
R
f
x
R
fR
y
W
= 1.0634x – 0.05621
I. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP:
tbyy

tb
g
)ω.(
0188,0
ω.3600.π
4V
D
tb
tb
t
ρ
==
(m) (t2 tr181)
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).
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng và đoạn cất khác nhau.Do đó, đường kính
đoạn chưng và đoạn cất cũng khác nhau .
1. ĐƯỜNG KÍNH ĐOẠN LUYỆN:
a . Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện :
2
1

gg
g
d
tb
+
=
(Kg/h)
g
d
: lượng hơi ra khỏi đóa trên cùng của tháp (Kg/h).
g
1
: lượng hơi đi vào đóa dưới cùng của đoạn cất (Kg/h).
• Xác đònh g
d
: g
d
= D.(R+1) =20,64.(3,2562+1) =87,85 (Kmol/h)
= 1587,05(Kg/h)
Vì M
thD
= 18,063 (Kg/Kmol).
• Xác đònh g
1
: Từ hệ phương trình :






=
+=
+=
dd
D
rgrg
xDxGyg
DGg


11
1111
11
(III.1)
Với : G
1
: lượng lỏng ở đóa thứ nhất của đoạn cất .
r
1
: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đóa thứ nhất của đoạn cất

17
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hoàng Minh
Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thò Ngọc Hạ
r
d
: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi ra ở đỉnh tháp .
* Tính r
1

: t
1
= t
F
= 100,1524
o
C , Tra bảng 1.251, trang 314 và 256,[5] ta có:
n nhiệt hoá hơi của nước : r
N1
= 40696,27 (KJ/kg) .
n nhiệt hoá hơi của axit : r
a1
= 23384,14(KJ/kmol)
Suy ra : r
1
= r
n1
.y
1
+ (1-y
1
).r
a1
= 23384,14 + 17312,13y
1
(KJ/kmol)
* Tính r
d
: t
D

= 100.009
o
C , Tra bảng 1.251, trang 314 và 256,[5] ta có:
n nhiệt hoá hơi của nước : r
Nd
= 40703,94(KJ/kmol) .
n nhiệt hoá hơi của axit : r
ad
=23383,06(KJ/kmol) .
Suy ra : r
d
= r
nd
.y
D
+ (1-y
D
).r
ad
=40703,94.0,999+ (1- 0,999).23383,06 =
40686,62(KJ/kmol)
* x
1
= x
F
= 0,9746
Giải hệ (III.1) , ta được : G
1
= 67,934(Kmol/h)
y

1
= 0,9801 (phân mol) M1=21,0643(kg/kmol)
g
1
= 88,576(Kmol/h) =1865,792(Kg/h)
Vậy : g
tb
=
421,1726
2
792,186505,1587
=
+
(Kg/h)
b . Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :
Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp với mâm chóp có ống chảy chuyền :
Khối lượng riêng trung bình
của pha lỏng trong phần luyện:
Nồng độ phần mol trung bình của pha lỏng trong phần luyện:
2
9746,09985,0
2
+
=
+
=
FD
L
xx
x

= 0,9865 (mol nước/ mol hỗn hợp)
Dựa vào hình 2
⇒ Nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần luyện: T
LL
= 100,08 (
o
C)
Nồng độ phần khối lượng trung bình của pha lỏng trong luyện:
=
L
x
0,9575 (kg nước/ kg hỗn hợp)
Tra bảng 1.249, trang 310, [5]
⇒ Khối lượng riêng của nước ở 100,08
o
C: ρ
NL
= 958,341 (kg/m
3
)
Tra bảng 1.2, trang 9, [5]
⇒ Khối lượng riêng của axit axetic ở 100,08
o
C: ρ
AL
= 957,856 (kg/m
3
)
Áp dụng trong công thức (1.2), trang 5, [5]:
856,957

9575,01
341,958
9575,0
1
1 −
+=
−
+=
AL
L
NL
L
LL
xx
ρρρ
⇒ ρ
LL
= 958,32 (kg/m
3
)
1.1. Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần luyện :
Nồng độ trung bình của pha hơi trong phần luyện:
y
L
= 0,765x
L
+ 0,2346 = 0,765 . 0,9865 + 0,2346 = 0,98927
Dựa vào hình 2

18

HL
LL
gh
ρ
ρ
ω
.032.0
=
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hoàng Minh
Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thò Ngọc Hạ
⇒ Nhiệt độ trung bình của pha hơi trong phần luyện: T
HL
= 100,092 (
o
C)
Khối lượng mol trung bình của pha hơi trong phần luyện :
M
HL
= y
L
. M
N
+ (1 – y
L
). M
A

= 0,98927.18 + (1 – 0,98927). 60 = 18,45 (kg/kmol)
Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần luyện:

)273092,100(
273
4,22
45,181
+×
×
==
HL
HL
HL
RT
PM
ρ
= 0,6027 (kg/m
3
)
Suy ra :
6027.0
32,958
.05,0=
gh
ω
=1.994(m/s)
Để tránh tạo bọt ta chọn tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :
994,1.8,0.8,0
==
ghy
ωω
= 1,595(m/s)
Vậy :đường kính đoạn cất :

D
cất
=
595,1.6027.0
421,1726
.0188,0
= 0,8 (m).
2. ĐƯỜNG KÍNH ĐOẠN CHƯNG :
a . Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng :
2
1
,,
,
gg
g
n
tb
+
=
(Kg/h)
g’
n
: lượng hơi ra khỏi đoạn chưng (Kg/h).
g’
1
: lượng hơi đi vào đoạn chưng (Kg/h).
• Xác đònh g’
n
: g’
n

= g
1
= 1865,792 (kg/h)
• Xác đònh g’
1
: Từ hệ phương trình :





==
+=
+=
1111
1
'
1
1
'
1
'
1
'
.'.''.'
'.
rgrgrg
xWygxG
WgG
nn

WW
(III.2)
Với : G
’
1
: lượng lỏng ở đóa thứ nhất của đoạn chưng .
r’
1
: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đóa thứ nhất của đoạn chưng.
* Tính r’
1
: x
W
=0,8861 tra đồ thò cân bằng của hệ ta có : y
W
=0,922
Suy ra :M
tbg’
=18.y
W
+(1-y
W
).60= 21,276(Kg/kmol)
t’
1
= t
W
= 100,7272
o
C Tra bảng 1.251, trang 314 và 256, [5]

n nhiệt hoá hơi của nước : r’
N1
= 40576,26(KJ/kmol) .
n nhiệt hoá hơi của axit : r’
a1
= 23388,47(KJ/kmol) .
* Suy ra : r’
1
= r’
n1
.y
W
+ (1-y
W
).r’
a1
= 39235,61 (KJ/kmol)
* Tính r
1
: r
1
= 23384,14 + 17312,13y
1
= 40351,76 (KJ/kmol)
* W = 5,58 (Kmol/h)
Giải hệ (III.2) , ta được : x’
1
=0,9199(phân mol ) _ M
tbG’
=21,363(kg/kmol)

G
’
1
= 96,676(Kmol/h)
g’
1
= 91,096(Kmol/h) = 1946,086 (Kg/h)

19
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hoàng Minh
Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thò Ngọc Hạ
Vậy : g’
tb
=
939,1905
2
086,1946792,1865
=
+
(Kg/h)
b . Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :
Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp với mâm chóp có ống chảy chuyền :
ytb
xtb
gh
'
'
.032,0'
ρ

ρ
ω
=
Tính toán tương tự như phần luyện ta có:
ρ
LC
=957,96(kg/m
3
)
ρ
HC
= 0,67906 (kg/m
3
)
Suy ra :
67906,0
96,957
.05,0'
=
gh
ω
=1,878 (m/s)
Để tránh tạo bọt ta chọn tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :
878,1.8,0'.8,0'
==
ghy
ωω
= 1,5024(m/s)
Vậy :đường kính đoạn chưng :
D

chưng
=
67906,0.5024,1
939,1905
.0188,0
= 0,81(m)
Kết luận :đường kính của toàn tháp φ = 0,8 (m)
Khi đó tốc độ làm việc thực ở :
+ Phần cất : ω
lv
=
582.1
6027.0.8,0
241,1726.0188,0
.
.0188,0
2
2
2
2
==
HLt
tb
D
g
ρ
(m/s).
+ Phần chưng :ω’
lv
=

55,1
67906,0.8,0
939,1905.0188,0
'.
'.0188,0
2
2
2
2
==
HCt
tb
D
g
ρ
(m/s).
II. TÍNH TOÁN CHIỀU CAO THIẾT BỊ
1. XÁC ĐỊNH SỐ MÂM LÝ THUYẾT:
Vẽ đồ thò xác đònh số mâm lý thuyết(gồm đường cân bằng và đường làm việc đoạn
luyện đoạn chưng)
Từ đồ thò :

20
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hoàng Minh
Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thò Ngọc Hạ

21
Phần chưng
Số mâm lý thuyết : 7

Đường chưng
y = 1,0643x – 0,05621
Phần luyện
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hoàng Minh
Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thò Ngọc Hạ
* Tổng số mâm lý thuyết là N
lt
= 26 (mâm) 19 mâm luyện
7 mâm chưng
2. XÁC ĐỊNH SỐ MÂM THỰC TẾ:
Số mâm thực tế tính theo hiệu suất trung bình :
tb
lt
tt
η
N
N =
(st2/170)
trong đó: η
tb
: hiệu suất trung bình của đóa, là một hàm số của độ bay hơi tương đối và
độ nhớt của hỗn hợp lỏng : η = f(α,µ).
N
tt
: số mâm thực tế.
N
lt
: số mâm lý thuyết.
• Xác đònh hiệu suất trung bình của tháp η

tb
:
+ Độ bay tương đối của cấu tử dễ bay hơi :
x
x1
y1
y
*
*
−
−
=α
Với : x :phân mol của nước trong pha lỏng .

22
Phần luyện (phóng to)
Số mâm lý thuyết :19
Đường luyện
y = 0,765x + 0,2346
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hoàng Minh
Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thò Ngọc Hạ
y
*
: phân mol của nước trong pha hơi cân bằng với pha lỏng.
lgµ
hh
= x
1
lgµ

1
+ x
2
lgµ
2
(công thức (I.12), trang 84, [5])
* Tại vò trí nhập liệu :
x
F
= 0,9746 ta tra đồ thò cân bằng của hệ : y
*
F
= 0,9819
t
F
= 100,1524
o
C
+
1438.1
9746.0
9746.01
.
9819.01
9819.0
x
x1
y1
y
α

F
F
*
*
F
=
−
−
=
−
−
=
F
F

+ t
F
= 100,1524
o
C ,µ
NL
= 0,283584(cP)
µ
AL
= 0,45 (cP)
Suy ra : µ
F
= 0,28693 (cP)
α
F

.µ
F
= 1,1438.0,28693 = 0,32819
Tra hình 6.4, trang 257, [4] : η
F
= 0,63
* Tại vò trí mâm đáy :
x
W
= 0.8861tra đồ thò cân bằng của hệ : y
*
W
= 0.922
t
W
= 100,7272
o
C
+
5194,1
8861.0
8861.01
.
922.01
922.0
x
x1
y1
y
α

W
W
*
*
W
=
−
−
=
−
−
=
W
W

+ và t
W
=100,7272
o
C, µ
NL
= 0,282576 (cP)
µ
AL
= 0,44(cP)
µ
W
=0,3263(cP)
Suy ra : α
W.

µ
W
= 1,5194. 0,3263 = 0,496
Tra hình 6.4, trang 257, [4] : η
W
= 0.59
*Tại vò trí mâm đỉnh :
x
D
= 0.9985 ta tra đồ thò cân bằng của hệ : y
*
D
= 0.999
t
D
= 100.009
o
C
+
5008,1
9985.0
9985.01
.
999.01
999.0
x
x1
y1
y
α

D
D
*
*
D
=
−
−
=
−
−
=
D
D
+ t
D
= 100.009 , µ
NL
= 0,283746(cP)
µ
AL
= 0,44(cP)
Suy ra : α
D.
µ
D
= 1.5008. 0,44 = 0,66
Tra hình 6.4, trang 257, [4] : η
D
= 0,55

Suy ra: hiệu suất trung bình của tháp :
η
tb
=
59.0
3
55.059.063.0
3
=
++
=
++
DWF
ηηη
Số mâm thực tế của tháp N
tt
:
44
59.0
26
==
tt
N
(mâm) với 32 mâm luyện
12 mâm chưng

23
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hoàng Minh
Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thò Ngọc Hạ

3. CHIỀU CAO THÁP :
H = N
tt
* ( H
đ
+ δ ) + ( 0.8 ÷ 1.0 ) ( m )
Với N
tt
: số đóa thực tế = 44
δ : chiều dày của mâm, chọn δ = 4 ( mm ) = 0.004 ( m )
H
đ
: khoảng cách giữa các mâm ( m )
chọn theo bảng IX.4a- Sổ tay tập hai, H
đ
= 0.3 ( m )
( 0.8 ÷ 1.0 ) : khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy tháp
⇒ H = 44.( 0,3 + 0,004 ) + ( 0,8 ÷ 1,0 ) = 14,2 ( m )
 Kiểm tra khoảng cách mâm tối thiểu :
h
min
= 23300*
2
,
*
*
* *
y y
x ch t
F

n d
ρ ω
ρ π
 
 
 
 
ρ
y
, ρ
x
: khối lượng riêng trung bình của pha hơi, pha lỏng
ρ
y
= (ρ
'
y
+ ρ
"
y
)/2 = 0,64088 ( Kg/m
3
)
ρ
x
= (ρ'
x
+ ρ
"
x

)/2 = 958,14 (Kg/m
3
)
ω
y
: vận tốc hơi trung bình đi trong tháp
ω
y
=
( ) ( )
'
' "
* *
2
y y y y
tb tb
y y
ρ ω ρ ϖ
ρ ρ
 
 
+
 
 
 
 
 
 
= 1,557 (m/s)
h

min
= 0.16 (m) < 0.3 (m)
Vậy khoảng cách giữa hai mâm là 0.3 m là hợp lý.
III. TÍNH TOÁN CHÓP – ỐNG CHẢY CHUYỀN
1.Tính toán chóp
 Chọn đường kính ống hơi d
h
= 50( mm ) = 0.05 ( m )
 Số chóp phân bố trên đóa :
n = 0.1 *
2
2
h
d
D
= 0.1 *
2
2
05.0
8.0
= 26 ( chóp )
Chọn số chóp phân bố trên đóa : n = 29 chóp
( D : đường kính trong của tháp )
 Chiều cao chóp phía trên ống dẫn hơi :
h
2
= 0.25 * d
h
= 0,0125 ( m )
 Đường kính chóp:

d
ch
=
22
)*2(
chhh
dd
δ
++
δ
ch
: chiều dày chóp, chọn bằng 2 ( mm )
⇒ d
ch
=

22
)2*250(50 ++
= 73,59 ( mm )
Chọn d
ch
= 74 (mm)
 Khoảng cách từ mặt đóa đến chân chóp :
S = 0 ÷25 ( mm ), chọn S = 12,5 ( mm )
 Lưu lượng hơi trung bình đi trong tháp :
Q
H
= V
y
=( g

tb
+ g’
tb
)/( ρ
HC
+ ρ
HL
)

24
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hoàng Minh
Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thò Ngọc Hạ
= (1726,421 + 1905,939)/(0,6027 + 0,67906) = 2833,88 (m
3
/h)
 Chiều cao khe chóp :
b = (ξ.ω
2
y
.ρ
y
)/ (g.ρ
x
)
ξ : hệ số trở lực của đóa chóp ξ = 1.5 ÷2 , chọn ξ = 2
ω
y
= ( 4V
y

)/ ( 3600π d
2
h
.n ) = (4.2833,88)/(3600π.0,05
2
.29) = 13,82 (m/s)
⇒ b = ( 2.13,82ok
2
.0,64088 ) / ( 9,81.958,14 )
= 0,02 ( m )
 Số lượng khe hở của mỗi chóp :
i = π/c.( d
ch
–
b
d
h
4
2
)
c = 3 ÷ 4 mm ( khoảng cách giữa các khe ) , chọn c = 3 ( mm )
⇒ i = 3.1416/3.( 74 -
20.4
50
2
) = 44.8 ( khe )
Chọn i = 45 ( khe )
 Chiều rộng khe chóp được xác đònh từ liên hệ :
i(c+a) = d
ch

a =
i
d
ch
.
π
- c =
8,44
59,73.
π
- 3 = 2 (mm)
 Độ mở lỗ chóp h
s
:
h
s
= 7.55*
1/ 3
2/3
2/3
* *
y
G
s
x y s
V
H
S
ρ
ρ ρ

 
 
 
 
 
−
 
 
H
s
= h
so
= b = 20 (mm)
V
y
= 2833,88/3600 = 0,7872 (m
3
/s)
S
s
= n * S
khe
= 29*0.0018 = 0.0522 (m
2
)
Vậy h
s
= 29 (mm)
29
1,45

20
s
so
h
h
= =
:khá hợp lý
 Chiều cao mực chất lỏng trên khe chóp :
h
1
= 15 ÷40 ( mm ), chọn h
1
= 30 ( mm )
 Chiều cao ống dẫn hơi :
Chọn h
ong hơi
= 70(mm)
 Chiều cao chóp :
h
ch
= h
ong hơi
+ h
2
= 70 + 12,5 = 82,5 (mm)
 Bước tối thiểu của chóp trên mâm :
t
min
= d
ch

+ 2δ
ch
+ l
2
l
2
: khỏang cách nhỏ nhất giữa các chóp
l
2
= 12,5 + 0,25d
ch
= 12,5 + 0,25.74 = 31 (mm)
chọn l
2
= 35 (mm)
⇒ t
min
=74 + 2.2 + 35 = 113 (mm)
2. Tính cho ống chảy chuyền
 Lượng lỏng trung bình đi trong tháp :
G
L
= (G
’
1
.M
tbG’
+ G
1
.M

tbG
)/2 = ( 96,676.21,363 + 67,934.21,0643)/2 = 1748,13 (kg/h)
 Khối lượng riêng trung bình của lỏng đi trong tháp :

25