Thiết kế tháp chưng cất hệ etanol nước hoạt động liên tục với năng suất nhập liệu 1000 kgh có nồng độ 10% mol etanol ,thu được sản phẩm đỉnh có nồng độ 75% mol etanol

ĐATB Quá Trình và Thiết Bị
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 ĐATB là thiết kế tháp chưng cất hệ Etanol - Nước hoạt động liên
tục với nâng suất nhập liệu : 1000 kg/h có nồng độ 10% mol etanol ,thu được sản
phẩm đỉnh có nồng độ 75% mol etanol với độ thu hồi etanol là 98%.
Em chân thành cảm ơn các quí thầy cô bộ môn , các bạn sinh viên đã giúp
em hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên, trong quá trình hoàn thành đồ án không
thể không có sai sót, em rất mong quí thầy cô góp ý, chỉ dẫn.
ĐATB Quá Trình và Thiết Bị
PHẦN I : TỔNG QUAN.
I . LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT:
1 . Phương pháp chưng cất :
Chưng cất là qua trình phân tách hỗn hợp lỏng (hoặc khí lỏng) thành các
cấu tử riêng biệt dựa vào sự khác nhau về độ bay hơi của chúng (hay nhiệt độ

sôi khác nhau ở cùng áp suất), bằng cách lặp đi lặp lại nhiều lần quá trình bay
hơi - ngưng tụ, trong đó vật chất đi từ pha lỏng vào pha hơi hoặc ngược lại.
Khác với cô đặc, chưng cất là quá trình trong đó cả dung môi và chất tan đều
bay hơi, còn cô đặc là quá trình trong đó chỉ có dung môi 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 hệ cấu tử thì ta thu
được 2 sản phẩm: sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm gồm cấu tử có độ bay hơi lớn
(nhiệt độ sôi nhỏ ), sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé(nhiệt độ
sôi lớn) .Đối với hệ Etanol - Nước sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm etanol và một ít
nước , ngược lại sản phẩm đáy chủ yếu gồm nước và một ít etanol.
Các phương pháp chưng cất: được phân loại theo:
• Áp suất làm việc : chưng cất áp suất thấp, áp suất thường và áp suất cao.
Nguyên tắc của phương pháp này là dựa vào nhiệt độ sôi của các cấu tử, nếu
nhiệt độ sôi của các cấu tử quá cao thì ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ
sôi của các cấu tử.
• Nguyên lý làm việc: liên tục, gián đoạn(chưng đơn giản) và liên tục.
* Chưng cất đơn giản(gián đoạn): phương pháp này đuợc sử dụng trong các
trường hợp sau:
+ Khi nhiệt độ

sôi của các cấu tử khác xa nhau.
+ Không đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao.
+ Tách hỗn hợp lỏng ra khỏi tạp chất không bay hơi.
+ Tách sơ bộ hỗn hợp nhiều cấu tử.
* Chưng cất hỗn hợp hai cấu tử (dùng thiết bị hoạt động liên tục) là quá trình
được thực hiện liên tục, nghịch dòng, nhều đoạn.
• Phương pháp cất nhiệt ở đáy tháp: cấp nhiệt trực tiếp bằng hơi nước:
thường được áp dụng trường hợp chất được tách không tan trong nước .
ĐATB Quá Trình và Thiết Bị
Vậy: đối với hệ Etanol – Nước, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp

nhiệt gián tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường.
2 . 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 (3-12) mm.
• 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.
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.
ĐATB Quá Trình và Thiết Bị
Vậy: 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.
II . GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU :
Nguyên liệu là hỗn hợp Etanol - Nước.
1 . 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
* Phản ứng trên nhóm hydroxyl:
Lạnh
H
+
ĐATB Quá Trình và Thiết Bị
+ 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.

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
ĐATB Quá Trình và Thiết Bị
•
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
2C
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…).
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:
Khối lượng phân tử : 18 g / mol
Nấm men
Zymaza
Thuốc súng không khói
Nhiên liệu hỏa tiễn, bom bay
Động lực
Thuốc trừ sâu
Sơn
Vecni
Đồ nhựa
Keo dán
Sát trùng
Pha chế thuốc
Thuốc nhuộm
Tơ nhân tạo
Rượu
Dấm
+dung môi hưu cơ:pha sơn
+nguyên liệu.
Công nghiệp cao su tổng hợp
Nhiên liệu
Etanol
ĐATB Quá Trình và Thiết Bị
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.
III. CÔNG NGHỆ CHƯNG CẤT HỆ 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.
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 . Bồn chứa nguyên liệu.
2 . Bơm.
3 . Bơm dự phòng
4 . Bồn cao vị.
5 . Thiết bị gia nhiệt nhập liệu.

6 . Lưu lượng kế.
7 . Tháp chưng cất.
8 . Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh.
9. Bộ phận chảy dòng
10 . Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh.
11 . Bồn chứa sản phẩm đỉnh.
12 . Nồi đun.
13 . Bẩy hơi.
ĐATB Quá Trình và Thiết Bị
* Thuyết minh qui trình công nghệ:
Hỗn hợp etanol – nước có nồng độ etanol 15% ( theo phân mol), nhiệt độ
khoảng 28
0
C tại bình chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm lên bồn cao vị (4).
Từ đó được đưa đến thiết bị gia nhiệt nhập liệu (5). Sau đó, hỗn hợp được đun
sôi đến nhiệt độ sôi trong thiết bị gia nhiệt(5), hỗn hợp được đưa vào tháp chưng
cất (7) 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 (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
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 85% phân mol). Hơi này đi vào thiết bị
ngưng tụ (8) và được ngưng tụ hoàn toàn. Một phần chất lỏng ngưng tụ đi qua
thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh (10), được làm nguội đến 35
0
C , rồi được đưa
qua bồn chứa sản phẩm đỉnh (11). 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 0,19 %
phân mol, còn lại là nước. Dung dịch lỏng 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 được trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu
trong thiết bị (5) (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 có nhiệt độ là 60
0
C được thải bỏ.
ĐATB Quá Trình và Thiết Bị
PHẦN II: CÂN BẰNG VẬT CHẤT.
I . CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU:
Gọi: F: lưu lượng hỗn hợp đầu (Kg/h-Kmol/h)
P: lưu lượng sản phẩm đỉnh (Kg/h-Kmol/h)
W: lưu lượng sản phẩm đáy (Kg/h-Kmol/h)
X
F
: Nồng độ hỗn hợp đầu (phần mol)
X
p
: Nồng độ hỗn hợp đỉnh (phần mol)
X
w
: Nồng độ hỗn hợp đáy (phần mol)
+ G
F
: Lưu lượng nhập liệu tính theo Kg/h, Kmol/h.

+ G
D
: Lưu lượng sản phẩm đỉnh tính theo Kg/h, Kmol/h.
+ G
W
: Lưu lượng sản phẩm đáy tính theo Kg/h, Kmol/h.
+ x
i
,
i
x
: phân mol , phân khối lượng của cấu tử i.
• Năng suất nhập liệu: G
F
= 1000 (Kg/h).
• Nồng độ nhập liệu: x
F
= 10%mol etanol.
• Nồng độ sản phẩm đỉnh: x
D
= 75%mol etanol.
• Tỷ lệ thu hồi etanol: h= 98%.
• Khối lượng phân tử của rượu(M
R
) và nước(M
N
): M
R
=46, M
N

=18.
• Chọn:
+ Nhiệt độ nhập liệu: t’
F
=28
o
C.
+ Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau khi làm nguội: t’
D
=35
o
C.
+ Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi trao đổi nhiệt: t’
W
= 60
o
C.
+Trạng thái nhập liệu là trạng thái lỏng sôi.
II . XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ĐỈNH VÀ SẢN PHẨM ĐÁY
:
• Cân bằng vật chất cho toàn tháp:
F = D + W (II.1)
• Cân bằng cấu tử etanol (cấu tử nhẹ):
F.x
F
= D.x
D
+ W.x
W
(II.2)

• Tỷ lệ thu hồi(
η
)= 98%
F.x
F
.
η
= D.x
D
(II.3)
Với : * Phân mol nhập liệu: x
F
= 0,1 (phân mol etanol ).
ĐATB Quá Trình và Thiết Bị
Khối lượng phân tử trung bình dòng nhập (M
F
):
M
F
=
18).1(.46
FF
xx −+

= 20,8(Kg/Kmol)
F =
F
F
M
G

=
8,20
1000
=48,077 (Kmol/h)
* Phân mol sản phẩm đỉnh: x
D
=0,75 (phân mol etanol).
Khối lượng phân tử trung bình dòng sản phẩm đỉnh:
M
D
=
18).1(.46
DD
xx −+
=39 (Kg/Kmol)
Giải 3 phương trình (II.1), (II.2), (II.3) ta có :
D = 6,28 (Kmol/h)
W = 41,797 (Kmol/h)
x
W
= 0,0023 (phân mol etanol )
Suy ra, khối lượng phân tử trung bình dòng sản phẩm đáy:
M
W
=
18).1(.46
WW
xx −+
= 18,06 (Kg/Kmol)
Ta có bảng tổng kết thành phần sản phẩm như sau:

Phần mol
Lưu lượng
(kg/h)
Lưu lượng
(kmol/h)
Hỗn hợp đầu 0,1 1000 48,077
Sản phẩm đỉnh 0,75 244,92 6,28
Sản phẩm đáy 0,23 754,85 41,797

III . XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HOÀN LƯU THÍCH HỢP:
3.1 THÀNH PHẦN PHA CỦA HỖN HỢP CẤU TỬ ETANOL-NƯỚC
Dựa vào tài liệu tham khảo (1 bảng IV 2a/145), thành phần cân bằng lỏng (x),
hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp 2 cấu tử ở 760 mmHg:
x(phân mol)
0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
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
ĐATB Quá Trình và Thiết Bị

Bằng phương pháp nội suy và dựa vào đồ thị ta có kết quả:
ĐATB Quá Trình và Thiết Bị
Sản phẩm
X
(phần mol)
Y

(phần mol)
T
0
điểm sôi
F 0,1 0,442 86,5
P 0,75 0,7855 78,8
W 0,0023 0,015 99,6
3.2 . Tỉ số hoàn lưu tối thiểu:
R
xmin
=
F
F
F
XY
Y-Xp
*
*
−
(CT: IX.24,trang 158, [2])
=
1,0442,0
442,075,0
−
−
=0,9
Trong đó: X
p
: nồng độ phần mol của etanol ở hỗn hợp đỉnh
X

F
: nồng độ phần mol của etanol ở hỗn hợp đầu
F
*
y
: nồng độ phần mol trong pha hơi nằm cân bằng pha lỏng ở hỗn
hợp đầu
3.3. Tỉ số hoàn lưu thích hợp:
R
x
=bR
xmin
với b là hệ số (1.2-2.5) (CT: IX.25, trang158, [2])
Xác định R
x
thích hợp theo 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 vơi trục tung B, với:
B=
1Rx
x
+
p

Vẽ đường làm việc của đoạn chưng và luyện. Đường làm việc của đoạn
luyện qua điểm M(x,y) với x=y= x

p
và điểm B trên trục 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 độ 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 điểm này vẽ đường
thẳng song song với truc tung nó cắt đường làm việc tại một điểm. cứ tiếp tục
ĐATB Quá Trình và Thiết Bị
như vậy cho khi tới điểm N. Đếm số bậc thay đổi nồng độ N
L
trên đồ thị. Với
mỗi bậc thay đổi nồng độ ứng với một ngăn lý thuyết do điều kiện chuyển khối
chưa được tốt. vì vậy thực tế phải được hiệu chỉnh.
b 1.2 1.29 1.36 1.6 2.11 2.5
B 0,3606 0,3471 0,3372 0.3074 0,2587 0,2308
R
x
1,08 1,161 1,224 1,44 1,899 2,25
N
L
12 11 10 9 8 7
N
l

(Rx+1) 24,96 23,771 22,24 21,96 23,192 22,75
Dựa vào bảng ta vẽ đồ thị phụ thuộc của N
l
(Rx+1) vào R
x.
Sau đó dựa vào đồ thị
xác định chỉ số R
x
thích hợp.

Vậy : Tỉ số hoàn lưu thích hợp là R
x
= 1,44.
IV . PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC SỐ MÂM LÝ THUYẾT:
1 . Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất :
Hình 1: Biểu đồ biểu diễn mối quan hệ giữa Rx va N
lt
.(R
x
+ 1) để xác
định chỉ số hồi lưu thích hợp
Rx
N
lt
.
(
R
x
+
1

)
ĐATB Quá Trình và Thiết Bị
y =
1
.
1
.
+
+
+ R
x
x
R
R
D
(CT: IX.20, trang144,[2])
=
144,1
75,0
.
144,1
44,1
+
+
+
x

= 0,59 x + 0,3
2 . Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng :
y =

W
x
R
f
x
R
fR
.
1
1
.
1 +
−
+
+
+
(CT: IX.22, trang158,[2])
=
0023,0.
144,1
165,7
.
144,1
65,744,1
+
−
+
+
+
x

= 3,725x + 0,00627
Với : f =
98,0.1,0
75,0
.
==
η
F
D
x
x
D
F
= 7,65 chỉ số nhập liệu .
3 . Số mâm lý thuyết :
Từ đồ thị xác định số mâm lý thuyết tương ứng với Rx= 1,44 ta xác định được :
9 mâm bao gồm: 6 mâm cất
1 mâm nhập liệu
Đồ thị xác định số bậc thay đổi nồng độ
ĐATB Quá Trình và Thiết Bị
2 mâm chưng
Tóm lại số mâm lý thuyết là N
lt
= 9 mâm.
V . XÁC ĐỊNH SỐ MÂM THỰC TẾ:
Số mâm thực tế tính theo hiệu suất trung bình :

tb
lt

tt
η
N
N =
Trong đó:
η
tb
: hiệu suất trung bình của đĩa, 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 định hiệu suất trung bình của tháp η
tb
:
+ Độ bay tương đối của cấu tử dễ bay hơi :
x
x1
y1
y
*
*
−
−
=α
(CT: IX.61, trang171,[2])
Trong đó:

x :phân mol của rượu trong pha lỏng.
y
*
: phân mol của rượu trong pha hơi cân bằng với pha lỏng.
* Tại vị trí nhập liệu:
x
F
= 0,1 ta tra đồ thị cân bằng của hệ : y
*
F
= 0,442
t
F
= 86,5
o
C
1,0
1,01
.
442,01
442,0
x
x1
y1
y
α
F
F
*
*

F
−
−
=
−
−
=
F
F
= 7,129
Tra tài liệu tham khảo (bảng 1.101/91/[1]) và dùng phương pháp nội suy ta tìm
được độ nhớt của rượu etanol và nước tương ứng nhiệt độ t
F
= 86,5
o
C:
µ
R,F
= 0,399.10
3
Ns/m
2
µ
N,F
= 0,333.10
3
Ns/m
2
lgµ
F

= x
F
.lgµ
R,F
+ (1-x
F
)lgµ
N,F
(CT: I.12,trang 84,[1])
=0,1.lg(0,399.10
3
) + (1-0,1)lg( 0,333.10
3
)
=2,53
Suy ra µ
F
= 0,4.10
3
Ns/m
2
Suy ra : (µα)
F
= 0,4.10
3
.7,129 =2,85.10
3
Ns/m
2
* Tại vị trí mâm đáy :

ĐATB Quá Trình và Thiết Bị
x
W
= 0,0023 ta tra đồ thị cân bằng của hệ : y
*
W
= 0,015
t
W
= 99,6
o
C

0023,0
0023,01
.
015,01
015,0
x
x1
y1
y
α
W
W
*
*
W
−
−

=
−
−
=
W
W
= 6,6
Tương tự ta có: µ
R,w
= 0,328.10
3
Ns/m
2
µ
N,w
= 0,285.10
3
Ns/m
2
Suy ra µ
w
= 0,389.10
3
Ns/m
2
Suy ra : (µα)
w
= 0,389.10
3
.6,6=2,56.10

3
Ns/m
2
*Tại vị trí mâm đỉnh :
x
D
= 0,75 ta tra đồ thị cân bằng của hệ : y
*
D
= 0,7855
t
D
= 78,8
o
C

75,0
75,01
.
7855,01
7855,0
x
x1
y1
y
α
D
D
*
*

D
−
−
=
−
−
=
D
D
= 1,22
Tương tự ta có: µ
R,D
= 0,444.10
3
Ns/m
2
µ
N,D
= 0,364.10
3
Ns/m
2
Suy ra µ
D
= 0,419.10
3
Ns/m
2
Suy ra: (µα)
D

= 0,419.10
3
.1,22=0,5.10
3
Ns/m
2
Suy ra: hiệu suất trung bình của tháp :(µ
tb
)
(µα)
F
+ (µα)
D
+ (µα)
w
(
η
α)
tb
=
3
Dựa vào giản đồ Gilliand - giản đồ thực nghiệm tại hình IX.11, trang 171- Tài
liệu tham khảo [2] ta được µ
tb
= 40%
Vậy số mâm thực tế:
4,0
9
=
tt

N
=22,5 mâm
Ta lấy số mâm thực tế N
tt
= 23 mâm
Trong đó:
Số mâm thực tế đoạn luyện: N
l
= 6/0,4= 15
Số mâm thực tế đoạn chưng kể cả mâm nhập liệu: N
c
= 3/0,4=7,5
chọn N
c
= 8
PHẦN III :TÍNH TOÁN –THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT .
I . ĐƯỜNG KÍNH THÁP :(D
t
)
ĐATB Quá Trình và Thiết Bị

tbyy
tb
g
)ω.(
0188,0
ω.3600.π
4V
D
tb

tb
t
ρ
==
(m) (CT (IX.90), trang
181, [2]):
Trong đó: V
tb
:lượng hơi trung bình đi trong tháp (m
3
/h).
ω
tb
:tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (m/h).
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 cất :
a . Lượng hơi trung bình đi trong tháp :
2
1
gg
g
d
tb
+
=
(Kg/h)

Trong đó: g
d
: lượng hơi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (Kg/h).
g
1
: lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn cất
(Kg/h).
• Xác định g
d
: g
d
= D.(R+1) =6,28.(1,44+1) = 15,323 (Kmol/h)
= 244,92.(1,44+1)= 597,6 (Kg/h)
• Xác định g
1
: Từ hệ phương trình :





=
+=
+=
dd
D
rgrg
xDxGyg
DGg

11
1111
11
(III.1) (trang 181, [2]):
Trong đó : G
1
: lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn cất .
r
1
: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất
của đoạn cất
r
d
: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi ra ở đỉnh tháp .
* Tính r
1
: t
1
= t
F
= 86,5
o
C , tra (bảng I-212, trang 254 [1]) ta có :
Ẩn nhiệt hoá hơi của nước : r
N1
= 48114,7 (KJ/kmol) .
Ẩn nhiệt hoá hơi của rượu : r
R1
= 27344,8 (KJ/kmol) .

Suy ra : r
1
= r
R1
.y
1
+ (1-y
1
).r
N1
=48114,7 – 27344,8 .y
1
(KJ/kmol)
* Tính r
d
: t
D
= 78,8
o
C, tra (bảng I-212, trang 254 [1]) ta có :
Ẩn nhiệt hoá hơi của nước : r
Nd
= 91495,1 (KJ/kmol) .
Ẩn nhiệt hoá hơi của rượu : r
Rd
= 33071,2 (KJ/kmol) .
ĐATB Quá Trình và Thiết Bị
Suy ra : r
d
= r

Rd
.y
D
+ (1-y
D
).r
Nd
=33071,2 .0,7855 + (1-
0,7855 ).91495,1
= 45603,1 (KJ/kmol)
* x
1
= x
F
= 0,1
Giải hệ (III.1) , ta được : G
1
= 10,748 (Kmol/h)
y
1
= 0,34 (phân mol etanol)
g
1
= 17,028 (Kmol/h) = 657,9(Kg/h)
Vậy : g
tb
=
75,627
2
9,6576,597

=
+
(Kg/h)
b . Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :
Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp với mâm xuyên lỗ có ống chảy
chuyền :
(CT111,trang186,[1])
Trong đó :
ρ
xtb
: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng (Kg/m
3
) .

ρ
ytb
: khối lượng riêng trung bình của pha hơi (Kg/m
3
) .
• Xác định
ρ
ytb
:
( )
[ ]
( )
273.4,22
273.18.146.
+
−+

=
tb
tbtb
ytb
t
yy
ρ

Trong đó: + Nồng độ phân mol trung bình : y
tb
=
2
1 D
yy +
=
2
7855,034,0 +
=0,5628
+ Nhiệt độ trung bình đoạn cất : t
tb
=
2
DF
tt +
=
2
8,785,86 +
=82,65
o
C

Thế vào công thức trên được :
ρ
ytb
=1,1568 (Kg/m
3
).
• Xác định
ρ
xtb
:
Nồng độ phân mol trung bình : x
tb
=
2
DF
xx +
=
2
75,01,0 +
= 0,425
Suy ra :
18).1(.46
.46
tbtb
tb
tb
xx
x
x
−+

=
=65,4% .
- Tra bảng 1.2, trang 9, [1]
Khối lượng riêng của nước ở 82,65
o
C:
ρ
N
= 970,15 kg/m
3
Khối lượng riêng của etanol ở 82,65
o
C:
ρ
R
= 732,48 kg/m
3
- Áp dụng (CT (1.2), trang 5, [1])
ytb
xtb
gh
ρ
ρ
ω
.05,0
=
ĐATB Quá Trình và Thiết Bị
3
10.17,1
15,970

425,01
48,732
425,0
1
1
−
=
−
+=
−
+=
N
L
R
L
xtb
xx
ρρρ

Suy ra
ρ
xtb
= 854,7 kg/m
3
Suy ra :
1568,1
7,854
.05,0=
gh
ω

=1,359 (m/s) (CT IX.111, trang 186, [2])
Để tránh tạo bọt ta chọn tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :
359,1.8,0
.8,0
=
=
ghh
ωω
(CT IX.111, trang 186, [2])
= 1,0872 (m/s)
Vậy :đường kính đoạn cất :
D
cất
=
0872,1.1568,1
75,627
.0188,0
= 0,42 (m).
2. Đường kính đoạn chưng :
a . Lượng hơi trung bình đi trong tháp :
2
1
,,
,
gg
g
n
tb
+
=

(Kg/h)
Trong đó: g’
n
: lượng hơi ra khỏi đoạn chưng (Kg/h).
g’
1
: lượng hơi đi vào đoạn chưng (Kg/h).
• Xác định g’
n
: g’
n
= g
1
= 657,9 (Kg/h)
• Xác định g’
1
: Từ hệ phương trình :





==
+=
+=
1111
1
'
1
1

'
1
'
1
'
.'.''.'
'.
rgrgrg
xWygxG
WgG
nn
WW
(III.2)
Trong đó: : G
’
1
: lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn chưng .
r’
1
: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của
đoạn chưng.
* Tính r’
1
: x
W
=0,0023 tra đồ thị cân bằng của hệ ta có : y
W
=0,015
Suy ra :M
tbg’

=46.y
W
+(1-y
W
).18=18,42(Kg/kmol)
t’
1
= t
W
= 99,6
o
C, tra (bảng I-212, trang 254 [1]) ta có :
Ẩn nhiệt hoá hơi của nước : r’
N1
= 40785,98 (KJ/kmol) .
Ẩn nhiệt hoá hơi của rượu : r’
R1
= 14681,12 (KJ/kmol) .
Suy ra : r’
1
= r’
R1
.y
W
+ (1-y
W
).r’
N1
= 40394,4 (KJ/kmol)
ĐATB Quá Trình và Thiết Bị

* Tính r
1
: r
1
= 48114,7 – 20769,9.y
1
=48114,7 –20769,9.0,34 = 41052,9
(KJ/kmol)
* W = 41,797 (Kmol/h)
Giải hệ (III.2) , ta được : x’
1
=0,006(phân mol etanol)
G
’
1
= 59,097(Kmol/h)
g’
1
= 17,3(Kmol/h) = 668,65 (Kg/h)
Vậy : g’
tb
=
275,663
2
65,6689,657
=
+
(Kg/h)
b . Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :
Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp với mâm xuyên lỗ có ống chảy

chuyền :
ytb
xtb
gh
'
'
.05,0'
ρ
ρ
ω
=
(CT111,trang186,[1])
Trong đó :
ρ
'
xtb
: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng (Kg/m
3
) .

ρ
'
ytb
: khối lượng riêng trung bình của pha hơi (Kg/m
3
) .
• Xác định r’
ytb
:
( )

[ ]
( )
273'.4,22
273.18.'146.'
'
+
−+
=
tb
tbtb
ytb
t
yy
ρ

Trong đó: + Nồng độ phân mol trung bình :
y’
tb
=
2
1 W
yy +
=
2
015,034,0 +
=0,1175
+ Nhiệt độ trung bình đoạn chưng:
t’
tb
=

2
WF
tt +
=
2
6,995,86 +
=93,05
o
C
Suy ra :
ρ
’
ytb
=0,709 (Kg/m
3
).
• Xác định
ρ
’
xtb
:
Nồng độ phân mol trung bình : x’
tb
=
2
WF
xx +
=
2
0023,01,0 +

= 0,05
Suy ra :
18).'1('.46
'.46
'
tbtb
tb
tb
xx
x
x
−+
=
=11,86% .
t’
tb
= 93,05
o
C , tra (trang 9,[1]), ta có :
Khối lượng riêng của nước :
ρ
’
N
= 962,9 (Kg/m
3
)
Khối lượng riêng của rượu :
ρ
’
R

= 728,9 (Kg/m
3
)
ĐATB Quá Trình và Thiết Bị
Suy ra :
ρ
’
xtb
=
1
'
'1
'
'
−








−
+
N
tb
R
tb
xx

ρρ
=927,64 (Kg/m
3
)
Suy ra :
709,0
927,64
.05,0' =
gh
ω
=1,809 (m/s)
Để tránh tạo bọt ta chọn tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :
809,1.8,0'.8,0' ==
ghh
ωω
= 1,447 (m/s)
Vậy :đường kính đoạn cất :
D
chưng
=
447,1.709,0
275,663
.0188,0
= 0,478 (m).
Kết luận : hai đường kính đoạn cất và đoạn chưng không chênh lệch
nhau quá lớn nên ta chọn đường kính của toàn tháp là : D
t
= 0,500 (m).
Khi đó tốc độ làm việc thực ở :
+ Phần cất : ω

lv
=
767,0
1568,1.5,0
75,627.0188,0
.
.0188,0
2
2
2
2
==
ytbt
tb
D
g
ρ
(m/s).
+ Phần chưng :ω’
lv
=
323,1
709,0.5,0
275,663.0188,0
'.
'.0188,0
2
2
2
2

==
ytbt
tb
D
g
ρ
(m/s).
II.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
l
= 3 mm = 0,003 m
- Chiều cao gờ chảy tràn: h
gờ
= 30mm = 0,03 m
- Diện tích của dành cho ống chảy chuyền bằng 20% diện tích mâm.
- Lỗ bố trí theo hình tam giác đều
- Khoảng cách giữa 2 tâm lỗ bằng 15 mm.
- Bề dày mâm bằng 2 mm
- Mâm được làm bằng thép không gỉ X18H10T.
+ Số lỗ trên 1 mâm:
N =
2
2
003,0
5,0
.08,008,0
%8







=








=
l
t
l
m
d
D
S
S
= 2222 lỗ
2. Trở lực của đĩa khô:
ĐATB Quá Trình và Thiết Bị
Áp dụng công thức (IX.140), trang 194, [2]:

2

.'
P
H
2
k
ρω
ξ=∆
Đối với đĩa có tiết diện tự do bằng 8% diện tích mâm thì x = 1,82
2.1. Phần luyện
Vận tốc hơi qua lỗ:
59,9
08,0
767,0
%8
' ===
L
L
ω
ω
m/s
Nên: DP
kL
=
76,96
2
1568,1.59,9
.82,1
2
=
N/m

2
2.2. Phần chưng
Vận tốc hơi qua lỗ:
54,16
08,0
323,1
%8
' ===
C
C
ω
ω
m/s
Nên:
27,53
2
709,0.54,16
.82,1
2
==∆
kC
P
N/m
2
3. Trở lực do sức căng bề mặt
Vì đĩa có đường kính lỗ > 1mm
Áp dụng (CT (IX.142), trang 194, [2]):

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
= 82,65
o
C thì:
· Tra bảng 1.249, trang 310, [1] Þ Sức căng bề mặt của nước
σ
NL
= 0,6213 N/m
· Tra bảng 1.242, trang 300, [1] Þ Sức căng bề mặt của rượu
σ
RL
= 0,017
N/m
Áp dụng (CT (I.76), trang 299, [1]):

21
21
21
111
σσ
σσ

σ
σσσ
+
=⇒+=

0165,0
017,06213,0
017,0.6213,0
=
+
=
LL
σ
N/m

92,16
003,008,0003,03,1
0165,04
2
=
×+×
×
=∆
L
P
σ
N/m
2
3.2. Phần chưng
ĐATB Quá Trình và Thiết Bị

Tính toán tương tự như phần luyện
Tại nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần luyện T
LL
= 93,05
o
C thì:
· Tra bảng 1.249, trang 310, [1] Þ Sức căng bề mặt của nước
σ
NL
= 0,6019 N/m
· Tra bảng 1.242, trang 300, [1] Þ Sức căng bề mặt của rượu
σ
RL
= 0,0161 N/m
Áp dụng (CT (I.76), trang 299, [1]):

21
21
21
111
σσ
σσ
σ
σσσ
+
=⇒+=

0157,0
0161,06019,0
0161,0.6019,0

=
+
=
LL
σ
N/m

1,16
003,008,0003,03,1
0157,04
2
=
×+×
×
=∆
L
P
σ
N/m
2
4. Trở lực thủy tĩnh do chất lỏng trên đĩa tạo ra:
Áp dụng công thức trang 68, [3]
∆
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.
L
LL
L
Mn
Q
ρ
.
=
: suất lượng thể tích của pha lỏng, m
3
/s.
Ta có: S
quạt
- S
D
= S
bán nguyệt

2
2
2
%20
2
cos
2
sin

2
1
.2
2
RRR
R
π
αα
α
=−⇔
a - sina = 0,2p
Dùng phép lặp nên a = 1,627 rad = 93,32
o
Nên L
gờ
=
mD
t
364,0)
2
32,93
sin(.5,0)
2
sin(. ==
α
4.1. Phần luyện:
ĐATB Quá Trình và Thiết Bị
Khối lượng mol trung bình của pha lỏng trong phần luyện:
M
LL

= x
L
.46 + (1 – x
L
).18
Trong đó: x
L:
nồng độ phần mol trung bình của pha lỏng trong phần luyện
M
LL
= 0,425.46 + (1 – 0,425).18 = 29,9 kg/kmol
Suất lượng thể tích của pha lỏng trong phần luyện:
Q
LL
=
5
10.07,8
3600.7,854.39
9,29.44,1.92,224
.

−
==
LLP
LLP
M
MRG
ρ
m
3

/s

0039,0
5,0.364,0.85,1
10.07,8
3/2
5
=








=∆
−
lL
h
m
Cho ta:
∆
P
bL
= 1,3.(h
gờ
+
∆
h

lL
).Kρ
LL
g
= 1,3.(0,03 + 0,0039). 0,5. 854,7. 9,81 = 184,75 N/m
2
4.2. Phần chưng
Tính toán tương tự như phần luyện
Khối lượng mol trung bình của pha lỏng trong phần luyện:
M
LL
= x
c
.46 + (1 – x
c
).18
Trong đó: x
L:
nồng độ phần mol trung bình của pha lỏng trong phần luyện
M
LC
= 0,05.46 + (1 – 0,05).18 = 19,4 kg/kmol
Suất lượng thể tích của pha lỏng trong phần luyện:
Q
LC
=
5
10.82,4
3600.64,927.39
4,19.44,1.92,224

.

−
==
LCP
LCP
M
MRG
ρ
m
3
/s

0027,0
5,0.364,0.85,1
10.82,4
3/2
5
=








=∆
−
lC

h
m
Cho ta:
∆
P
bC
= 1,3.(h
gờ
+
∆
h
lC
).Kρ
LC
g
= 1,3.(0,03 + 0,0027). 0,5. 927,64. 9,81 = 193,42 N/m
2
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
sL

+
∆
P
bL
= 96,76 + 16,92 + 184,75 = 298,43 N/m
2
Tổng trở lực của 1 mâm trong phần chưng của tháp là:
∆
P
C
=
∆
P
kC
+
∆
P
sC
+
∆
P
bC
= 53,27 + 16,1 + 193,42= 262,79 N/m
2
Kết luận:
ĐATB Quá Trình và Thiết Bị
Tổng trở lực thủy lực của tháp:
∆
P = N
ttL

.
∆
P
L
+ N
ttC
∆
P
C
= 15. 298,43 + 8. 262,79 = 6578,77 (N/m
2
)
6. Kiểm tra ngập lụt khi tháp hoạt động:
Khoảng cách giữa 2 mâm:
∆
h =300 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, [3]:
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, [3]:
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
.0,5
2
= 0,15 m
2
Để tháp không bị ngập lụt khi hoạt động thì: h
d
<
2
1
∆
h = 300/2=150 mm

6.1.Phần luyện
∆
h
lL
= 0,0039. 1000 = 3,9 mm
∆
P
L
=
59,351000
81,9.7,854
43,298
1000
43,298
=×=×
g
LL
ρ
mm.chất lỏng
4
2
5
2
'
10.08,1
10,0.100
3600.10.07,8
.128,0
.100
.128,0

−
−
=








=








=
d
LL
Ld
S
Q
h
mm.chất lỏng
Nên: h
dL

= 30 + 3,9 + 35,59 + 1,08.10
-4
= 69,49 mm < 150 mm
Vậy: Khi hoạt động thì mâm ở phần luyện sẽ không bị ngập lụt.
6.2.Phần chưng