Thiết kế tháp chưng cất hệ etanol nước hoạt động liên tục với nâng suất nhập liệu 1500 kgh có nồng độ 15% mol etanol ,thu được sản phẩm đỉnh có nồng độ 80% mol etanol

Đồ Án Môn Học
LỜI MỞ ĐẦU
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 tương lai ngành công nghệ thực phẩm .
Môn học giúp sinh viên giải quyết nhiệm vụ tính toán cụ thể về: yêu cầu công
nghệ, kết cấu của một thiết bị trong sản xuất hoá chất - thực phẩm. Đây là bước
đầu tiên để sinh viên vận dụng những kiến thức đã học của nhiều môn học vào
giải quyết những vấn đề kỹ thuật thực tế một cách tổng hợp.
Nhiệm vụ của ĐAMH là thiết kế tháp chưng cất hệ Etanol - Nước hoạt
động liên tục với nâng suất nhập liệu : 1500 kg/h có nồng độ 15% mol
etanol ,thu được sản phẩm đỉnh có nồng độ 80% mol etanol với hiệu suất thu
hồi etanol là 99%.
Tuy đã cố gắng nhiều nhưng với điều kiện và năng lực còn hạn chế nên
chắc chắn bài làm đồ án vẫn còn nhiều thiếu sót, mong thầy cô trong khoa và các
bạn đọc đóng góp ý kiến để báo cáo ngày càng hoàn thiện.
Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong khoa,giáo viên hướng dẫn và
các bạn đã nhiệt tình giúp đỡ trong quá trình thực hiện đồ án.
1
Đồ Án Môn Học
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ
THỰC HIỆN
I . LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT:
1 . Phương pháp chưng cất :
Chưng cất là quá 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 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 được 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 .
2
Đồ Án Môn Học
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.
3
Đồ Án Môn Học
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:
+ 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
4
Lạnh
H
+
Al
2
O
3
t
o
Đồ Án Môn Học
+ Phản ứng tạo eter và tách loại nước:
2CH
3
-CH
2
-OH (CH
3
-CH

2
)
2
O + H
2
O
CH
3
-CH
2
-OH CH
2
=CH
2
+ H
2
O
* Phản ứng hydro và oxy hoá:
CH
3
-CH
2
-OH CH
3
-CHO + H
2

• Ứng dụng: etanol có nhiều ứng dụng hơn metanol, nó đóng một vai trò
quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Nó là nguyên liệu dùng để sản suất hơn
150 mặt hàng khác nhau và được ứng dụng rộng rãi trong các ngành: công

nghiệp nặng, y tế và dược, quốc phòng, giao thông vận tải, dệt, chế biến gỗ và
nông nghiệp.

5
H
2
SO
4
>150
o
C
H
2
SO
4
>150
o
C
Cu
200-300
o
C
+ Thuốc súng không khói.
+ Nhiên liệu hoả tiễn, bom bay.
+ Động lực.
+ Thuốc trừ sâu.
+ Sơn.
+ Vecni.
+ Đồ nhựa.
+ Keo dán.

+ Hương liệu.
+ Sát trùng.
+ Pha chế thuốc.
+ Thuốc nhuộm.
+ Tơ nhân tạo.
+ Rượu mùi.
+ Dấm.
+ Dung môi hữu cơ:pha sơn
+ Nguyên liệu.
+ Công nghiệp cao su tổng hợp
+ Động lực.
Nhiên liệu.
Etanol
Sơ đồ tóm tắt vị trí của etanol trong các ngành công nghiệp
Đồ Án Môn Học
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
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 Etanol – Nước:
Dựa vào (Bảng IX.2a, trang 135, [2]) thành phần cân bằng lỏng x, hơi y
tính bằng % mol và nhiệt độ sôi của hỗn hợp hai cấu tử ở 760 mmHg
Bảng 1: Thành phần lỏng (x) và hơi (y) và nhiệt độ
x
0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
y
0 33.2 44.2 53.1 57.6 61.4 64.4 69.9 75.3 81.8 89.8 100
t
100 90.5 86.5 83.2 81.7 80.8 80 79.4 79 78.6 78.4 78.4
6
Nấm men
Zymaza
Hình 1: Đường cân bằng của hệ etanol – nước
Đồ Án Môn 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 . Bồn cao vị.
4 . Lưu lượng kế.
5 . Thiết bị trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy.
6 . Thiết bị gia nhiệt nhập liệu.
7 . Bẩy hơi.
8 . Tháp chưng cất.
9 . Nhiệt kế.
10 . Áp kế.
7
Hình 1: Đường cân bằng của hệ etanol – nước
Đồ Án Môn Học
11 . Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh.
12 . Nồi đun.
13 . Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh.
14 . Bồn chứa sản phẩm đỉnh.
15 . Bồn chứa sản phẩm đáy.
16 . Bộ phận phân dòng.
8
Đồ Án Môn Học
* Thuyết minh qui trình công nghệ:
Hỗn hợp etanol – nước có nồng độ etanol 10% ( theo phân mol), nhiệt độ

khoảng 28
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 (5) ( trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy ).
Sau đó, hỗn hợp được đun sôi đến nhiệt độ sôi trong thiết bị gia nhiệt(6), hỗn hợp
được đưa vào tháp chưng cất (8) 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
(11) và được ngưng tụ hoàn toàn. Một phần chất lỏng ngưng tụ đi qua thiết bị
làm nguội sản phẩm đỉnh (13), được làm nguội đến 35
0
C , rồi được đưa qua bồn
chứa sản phẩm đỉnh (14). 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 0,11 % 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.
9
Đồ Án Môn Học
CHƯƠNG II: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT
I. THÔNG SỐ BAN ĐẦU
Gọi
F: lượng hỗn hợp đầu (kg/ngày) hoặc (kg/h)
P: lượng sản phẩm đỉnh (kg/ngày) hoặc (kg/h)
W: lượng sản phẩm đáy (kg/ngày) hoặc(kg/h)
a
F
: nồng độ phần khối lượng của Etanol trong hỗn hợp đầu
a
P
: nồng độ phần khối lượng của Etanol trong sản phẩm đỉnh
a
W
: nồng độ phần khối lượng của Etanol trong sản phẩm đáy
x
F
: nồng độ phần mol của Etanol trong hỗn hợp đầu
x
P
: nồng độ phần mol của Etanol trong sản phẩm đỉnh
x
W
: nồng độ phần mol của Etanol trong sản phẩm đáy
Kí hiệu A: Etanol với M
A
= 46 kg/kmol

B: Nước với M
B
= 18 kg/kmol
Theo yêu ban đầu F = 1500 kg/h
II. TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU
2.1. Công thức liên hệ nồng độ phần mol & nồng độ phần khối lượng
Thành phần khối lượng trong hỗn hợp đầu

BFFA
FA
F
MxxM
xM
a
∗−+∗
∗
=
)1(

31.0
18)15.01(15.046
15.046
=
∗−+∗
∗
=
( kg/kg)
Thành phần khối lượng trong sản phẩm đỉnh

BFPA

PA
P
MxxM
xM
a
∗−+∗
∗
=
)1(

91.0
18)80.01(80.046
80.046
=
∗−+∗
∗
=
( kg/kg)
Thành phần mol trong sản phẩm đáy
B
w
A
w
A
w
w
M
a
M
a

M
a
x
−
+
=
1
10
Đồ Án Môn Học

18
10*65.41
46
10*65.4
46
10*65.4
33
3
−−
−
−
+
=
w
x
= 0.0018 ( kmol/kmol)
• Cân bằng vật chất cho toàn tháp:
F = P + W
⇔
1500

= P + W (1)
• Cân bằng cấu tử etanol (cấu tử nhẹ):
F.a
F
= P.a
P
+ W.a
W

⇔
1500*0.31= P*0.91 + W
∗
a
W
(2)
• Tỷ lệ thu hồi (
η
) = 99%
F*a
F*
η
= P*a
P

⇔
1500
∗
0.31
∗

0.99 = P
∗
0.91 (3)
Giải 3 phương trình (1), (2), (3) ta có:
P = 505.9 kg/h
W = 994.1 kg/h
a
W
= 4.65*10
-3
kg/kg
2.2. Tính khối lượng mol trung bình

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

F
= x
F
∗
M
A
+ (1 - x
F
)
∗
M
B

= 46
∗
0.1 + (1 – 0.15)
∗
18
= 22.2 (kg/kmol)
Trong sản phẩm đỉnh
M
P
= x
P
∗
M
A
+ (1 - x
P
)

∗
M
B

= 46
∗
0.80 + (1 – 0.80)
∗
18
= 40.4 (Kg/kmol)
Trong sản phẩm đáy
M
W
= x
W
∗
M
A
+ (1 - x
W
)
∗
M
B

= 46
∗
0.0018 + (1 – 0.0018)
∗
18

= 18.05 (kg/kmol)
11
Đồ Án Môn Học
2.3 Lưu lượng tính theo kmol/h:
F = 1500/22.2 = 67.57 (kmol/h)
P = 505.9/40.4 = 12.52 (kmol/h)
W = 994.1/18.05 = 55.07 (kmol/h)
Bảng 1: Bảng tổng kết thành phần sản phẩm
Phần khối lượng Phần mol Lưu lượng (kg/h) Lưu lượng (kmol/h)
Hỗn hợp đầu F
31% 15% 1500 67.57
Sản phẩm đỉnh P
91% 80% 505.9 12.52
Sản phẩm đáy W
0.465% 0.18% 994.1 55.07
2.3. Thành phần pha của hỗn hợp 2 cấu tử Etanol - Nước
Dựa vào (Bảng IX.2a, trang 135, [2]) thành phần cân bằng lỏng x,
hơi y tính bằng % mol và nhiệt độ sôi của hỗn hợp hai cấu tử ở 760 mmHg
x
0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
y
0 33.2 44.2 53.1 57.6 61.4 64.4 69.9 75.3 81.8 89.8 100
t
100 90.5 86.5 83.2 81.7 80.8 80 79.4 79 78.6 78.4 78.4
Từ bảng số liệu trên ta vẽ đường cân bằng trên đồ thị x-y và vẽ đồ thị t-x,y
Gọi y
F
, y
P
, y

W
là nồng độ phần mol của pha hơi cân bằng với pha lỏng
trong hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy
t
F
, t
P
, t
W
: nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy
Bằng phương pháp nội suy và dụa vào đồ thị ta có kết quả sau:
Sản
phẩm
x
(phần mol)
y
(phần mol)
t
0
điểm sôi
F 0.15 0.4865 85
P 0.80 0.818 78.6
W 0.0018 0.012 100
III. TÍNH TOÁN CHỈ SỐ HỒI LƯU THÍCH HỢP
3.1. PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG NỒNG ĐỘ LÀM VIỆC CỦA ĐOẠN
CHƯNG VÀ ĐOẠN LUYỆN
3.1.1. Đoạn luyện
Ta có phương trình cân bằng vật liệu đối với đoạn luyện:
G
Y

= G
X
+ P
Với:
 G
Y
: Lưu lượng pha hơi đi từ dưới lên (kmol/h)
12
Bảng 3: Nồng độ phần mol và nhiệt độ điểm sôi của hỗn ợp
Đồ Án Môn Học
 G
X
: Lưu lượng lỏng hồi lưu từ trên xuống (kmol/h)
 P: Lưu lượng sản phẩm đỉnh (kmol/h)
Phương trình cân bằng vật liệu viết cho cấu tử dễ bay hơi:
G
y
.y
n+1
= G
x
.x
n
+ P.x
p
Suy ra:
PD
x
n
Y

xx
P
G
y
P
G
++
+1

11
1
+
+
+
=
+
x
P
n
x
x
n
R
x
x
R
R
y

(CT IX.20, trang144, [2])

=
151.1
8.0
151.1
51.1
+
+
+
x
= 0.6*x + 0.318
3.1.2. Đoạn chưng
Phương trình cân bằng vật liệu đoạn chưng:
G
x
’
= G
y
+ W
Với:
 G
x
’
= G
y
+ F lượng lỏng trong đoạn chưng từ trên xuống
 W: lưu lựợng sản phẩm đáy (kmol/h)
 F: lưu lượng hỗn hợp đầu (kmol/h)
Phương trình cân bằng vật liệu viết cho cấu tử Etanol:
G
x

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

+
−
−
+
+
=
+
(CT IX.22,trang 158, [2])
với L = F/P = 67.57/12.52 = 5.396
⇒
y =
0018.0*
151.1
1396.5
151.1
396.551.1
+
−
+
+
+
x
= 2.75*x + 3.15*10
-3
Hai đường làm việc này cắt nhau tại điểm có hoành độ x = x
F
.
3.2. XÁC ĐỊNH SÔ BẬC THAY ĐỔI NỒNG ĐỘ
3.2.1. Xác định chỉ số hồi lưu tối thiểu
R

Xmin
=
93.0
15.04865.0
4865.08.0
*
*
=
−
−
=
−
−
FF
FP
xy
yx
3.2.2. Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp
R
x
= 1.3*R
xmin
+ 0.3 (CT IX.25b, trang 159, [2])
=1.3*0.93 + 0.3 = 1.51
0,8
0,32
1 1,51 1
P
x
x

B
R
= = =
+ +
13
Đồ Án Môn Học
Vẽ đường làm việc của đoạn luyện và đoạn chưng. Đường làm việc của
đoạn luyện qua điểm M(x, y) với x = y = x
p
và điểm B trên rục tung đã được xác
định. Đường làm việc của đoạn chưng qua điểm N (x, y) với x = y = x
W
và cắt
đường làm việc của đoạn luyện tại điểm có hoành độ x
F
. Với mỗi đường làm
việc, ta xác định được số bậc thay đổi nồng N
L
bằng đồ thị x–y như sau:
Trên đồ thị x–y vẽ đường cân bằng, từ điểm M vẽ đường thẳng song song
với trục hoành cắt đường cân bằng tại một điểm, từ giao điểm này vẽ đường
thẳng song song với trục tung nó cắt đường cân bằng tại một điểm, cứ tiếp tục
như vậy cho đến khi tới điểm N. Đếm số bậc thay đổi nồng độ N
L
trên đồ thị. Với
mỗi bậc thay đổi nồng độ ứng với một ngăn của thiết bị gọi là số ngăn lý thuyết.
Trong thực tế số ngăn của thiết bị lớn hơn số ngăn lý thuyết do điều kiện
chuyển khối chưa được tốt.

14

Hình 2 : Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết
15 20
Đồ Án Môn Học
Từ đồ thị ta xác định được:
Số đĩa lý thuyết là N
LT
= 19 đĩa.
3.2.3. Xác định số đĩa thực tế theo hiệu suất trung bình
N
tt
= N
LT
/

η
tb
(CT IX.59, trang 170, [2])
Trong đó:
 N
LT
: số bậc thay đổi nồng độ hoặc số đĩa lí thuyết
 η
tb
: hiệu suất trung bình của thiết bị
n
tb
321
ηηη
η
++

=
(CT IX.60, trang 171, [2])
Trong đó:
 η
1,
η
2,
: hiệu suất của các bậc thay đổi nồng độ
 n: số vị trí tính hiệu suất.
 η
tb
: hàm số của độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn
hợp lỏng
η
tb
=ƒ(α ,μ)
Trong chưng luyện người ta tính độ bay hơi tương đối như sau:
x
x
y
y −
∗
−
=
1
1
α
(CT IX.61, 171, [2])
Trong đó:


x, y: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi và pha lỏng

α: độ bay tương đối của hỗn hợp

μ: độ nhớt của hỗn hợp lỏng N.s/m
2

Tính α, μ tại 3 vị trí: đĩa nạp liệu, đỉnh và đáy tháp.
 Tại đĩa nạp liệu:
F
F
F
F
F
x
x
y
y −
∗
−
=
1
1
α
37.5
15.0
15.01
4865.01
4865.0
=

−
∗
−
=
a
F
= 0.31 phần khối lượng, t
F
= 85
o
C

dựa vào toán đồ để xác định
độ nhớt của dung dịch rượu etylic trong nước. ( Bảng I.109, trang 106, [1])
3
6
10*441.0
81.9
10*45
==
F
µ
Ns/m
2
=∗⇒
FF
µα
0.441
∗
5.37 = 2.368

⇒
η
F
= 0.4 ( Hình IX.11, trang 171, [2])
 Tại đỉnh:
15
Đồ Án Môn Học
P
P
P
P
P
x
x
y
y −
∗
−
=
1
1
α
=
12.1
8.0
8.01
818.01
818.0
=
−

∗
−
a
P
= 0.91 phần khối lượng, t
P
= 78.6
o
C

dựa vào toán đồ để xác định độ
nhớt của dung dịch rượu etylic trong nước. ( Bảng I.109, trang 106, [1])
3
6
10*54.0
81.9
10*55
−
−
==
P
µ
Ns/m
2
=∗⇒
PP
µα
1.123*0.54 = 0.605
⇒
η

P
= 0.55 ( Hình IX.11, trang 171, [2])
 Tại đáy:
W
W
W
W
W
x
x
y
y
−
∗
−
=
1
1
α
=
74.6
0018.0
0018.01
012.01
012.0
=
−
∗
−
)/(10*39.0

81.9
10*40
23
6
mNs
W
−
−
==
µ
=∗⇒
WW
μα
0.39
∗
6.74 = 2.63
⇒
η
W
= 0.4 ( Hình IX.11, trang 171, [2])
Suy ra :hiệu suất trung bình của tháp
45.0
3
4.055.04.0
3
=
++
=
++
=

WPF
tb
ηηη
η
Vậy số đĩa thực tế :
N
tt
= N
lt
/
=
tb
η
19 / 45% = 42.2 đĩa
⇒
Ta lấy số đĩa thực tế: N
tt
= 43 đĩa

Trong đó
Số đĩa thực tế của đoạn luyện:
N
L
= 15 / 45% = 33.33 chọn 34 đĩa
Số đĩa thực tế của đoạn chưng:
N
c
= 4 / 45% = 8.89 chọn 9 đĩa
16
Đồ Án Môn Học

17
Đồ Án Môn Học
CHƯƠNG III
TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
Mục đích của việc tính toán cân bằng nhiệt lượng là để xác định lượng hơi
đốt cần thiết khi đun nóng hỗn hợp đầu, đun bốc hơi ở đáy tháp cũng như xác
định lượng nước làm lạnh cần thiết cho quá trình ngưng tụ làm lạnh.
Chọn nước làm chất tải nhiệt vì nó là nguồn nhiên liệu rẻ tiền, phổ biến
trong thiên nhiên và có khả năng đáp ứng yêu cầu công nghệ.
Sơ đồ:
18
H
2
O
H
2
O
H
2
O
H
2
O
Q
y
Q
F
Q
D1
Q

D2
Q
xq2
Q
ng1
Q
xq1
Q
W
Q
f
Q
P
Q
R
Hình 3: Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng
Đồ Án Môn Học
Các ký hiệu:
Q
D1
: Nhiệt độ do hơi đốt mang vào thiết bị đun nóng, J/h
Q
f
: Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào thiết bị đun nóng, J/h
Q
F
: Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra khỏi thiết bị đun
nóng hay mang vào tháp chưng luyện, J/h
Q
m1

: Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra khỏi thiết bị đun nóng, J/h
Q
xq1
: Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh, J/h
Q
D2
: Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào cần đun nóng sản phẩm đáy, J/h
Q
R
: Nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu mang vào, J/h
Q
y
: Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp, J/h
Q
W
: Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra khỏi tháp, J/h
Q
m2
: Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra khỏi tháp, J/h
Q
xq2
: Nhiệt lượng do mất mát ra môi trường xung quanh, J/h
I. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CỦA THIỆT BỊ ĐUN NÓNG
Phương trình cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun nóng
Q
D1
+ Q
f
= Q
F

+ Q
m1
+ Q
mxq1
(CT IX.149, trang 196, [2])
Trong đó:
Q
D1
= D
1
λ
1
= D
1
(r
1 +
θ
1
C
1
) J/h (CT IX.150, trang 196, [2])
Với:
D
1
: lượng hơi đốt mang vào, kg/h
λ
1
: hàm nhiệt của hơi nước, J/kg
r
1

: ẩn nhiệt hóa hơi của hơi nước, J/kg
θ
1
: nhiệt độ của nước ngưng, chọn θ
1
= 25
0
C
C
1
: nhiệt dung riêng của nước ngưng, J/kg độ, C
1
25
= 4178.75 J/kg độ
Q
xq1
= 5%Q
D1
= 5%D
1
r
1
(J/h). (CT IX.154, trang 197, [2])
Q
m1
= G
ng1
C
1
θ

1
(J/h). (CT IX.153, trang 197, [2])
Với:
G
ng1
: lượng nước ngưng ( lấy bằng lượng hơi đốt ), kg/h.
Q
f
= Ft
f
C
f
(J/h) (CT IX.151, trang 196, [2])
Q
F
= Ft
F
C
F
(J/h) (CT IX.152, trang 196, [2])
t
f
: nhiệt độ hỗn hợp đầu
0
C, chọn t
f
= 25
0
C
t

F
: nhiệt độ điểm sôi của hỗn hợp đầu ở áp suất khí quyển 85
0
C
Suy ra:
⇒
11
1
*95.0
) (
*95.0 r
tCtCF
r
QQ
D
ffFFfF
−
=
−
=
(CT IX.155, trang 197, [2])
Tính nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu
19
Đồ Án Môn Học
C
f
25
= C
A
25

a
F
+ C
B
25
(1 – a
F
)
C
A
25
, C
B
25
tra (Bảng I.153, 171, [1])
C
A
25
= 2651.25 J/kgđộ
C
B
25
= 4178.75 J/kgđộ

⇒
C
f
25
= 2651.25
∗

0.31 + 4178.75
∗
(1 – 0.31)
= 3705.23 J/kgđộ
Q
F
= F*Cf*t
F
=1500*3705.23*25=138*10
6
J/kgđộ
Tương tự ta có nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu ở nhiệt độ sôi t
F
=85
0
C
C
F
85
= C
A
85
∗
a
F
+ C
B
85
∗
(1- a

F
)
C
A
85
= 3842.5 J/kgđộ
C
B
85
= 4200 J/kg độ
C
F
85
= 3842.5
∗
0.31 + 4200
∗
(1- 0.31) = 4089.175 J/kg độ
Ta chọn hơi nước bão hòa đun sôi ở áp suất khí quyển, t
0
= 100
0
C
suy ra r
1
= 2264.10
3
J/kg (Bảng I.125, 314, [1])

8.177

10.226495,0
2523.370585185.4089
1500
3
1
=
∗
∗−∗
=
D
kg/h

⇒
Q
D1
= D
1
λ
1
= D
1
(r
1 +
θ
1
C
1
) J/h
=
8.177

*( 2264*10
3
+ 25*4178.75)
= 421.11*10
6
J/h
II. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO TOÀN THÁP
Q
D2
+ Q
F
+ Q
R
= Q
Y
+ Q
W
+ Q
ng2
+ Q
xq2
(CT IX.157, trang
197, [2])
2.1. Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào tháp
Q
F
= FC
F
t
F

= 2.10
3
∗
4082,8
∗
85 = 679.4*10
6
(J/h)
2.2. Nhiệt lượng do hơi nước mang vào đáy tháp
Q
D2
= D
2
λ
2
= D
2
(r
2
+ θ
2
C
2
)
Với:
D
2:
lượng hơi nước cần thiết để đun sôi dung dịch đáy tháp, kg/h
λ
2

: hàm nhiệt của hơi nước bão hòa, J/kg
r
2
: ẩn nhiệt hóa hơi của hoi nước, J.kg
θ
2
: nhiệt độ của nước ngưng,
0
C
C
2
: nhiệt dung riêng của nước ngưng, J/kg độ
2.3. Nhiệt lượng lỏng hồi lưu mang vào
Q
Rx
= G
x
C
x
t
x
= PR
x
C
x
t
x
(CT IX.158, trang 197, [2])
t
x

= t
p
= 78.6
0
C
20
Đồ Án Môn Học
C
x
78.6
: nhiệt dung riêng hỗn hợp sau khi ngưng tụ sản phẩm đỉnh
(J/kg độ)
C
x
78.6
được tính theo công thức sau:
C
x
78.6
= C
A
78.6
a
p
+ C
B
78.6
(1 - a
p
)

C
A
78.6
,C
B
78.6
: tra (Bảng I.153, trang 171, [1]) ở 78.6
0
C.
C
A
78.6
= 3309.25 ( J/kg độ )
C
B
78.6
= 4190 ( Jkg độ )
Do đó: C
x
78.6
= 3308.25
∗
0.91 + 4190
∗
(1 – 0.91) = 3388.5 J/kg độ
Suy ra: Q
Rx
= 505.9
∗
1.51

∗
3388.5
∗
78.6 = 207.7*10
6
J/h =
203.7*10
3
KJ/h
2.4. Nhiệt lượng do hơi mang ra
Q
y
= G
y
λ
hh
= P(R
x
+ 1)λ
hh
(CT IX.159, trang 197,
[2])
Nhiệt độ hơi tại đỉnh tháp 78.6
0
C
λ
hh
: nhiệt lượng riêng của hỗn hợp hơi ở đỉnh tháp

λ

hh
= λ
1
a
P
+ (1 - a
P
)λ
2
= r
P
+ C
P
78.6
t
P
λ
1
: hàm nhiệt của Etylic ở 78.6
0
C
λ
2
: hàm nhiệt của Nước ở 78.6
0
C
C
P
78.6
: nhiệt dung riêng của hỗn hợp ra khỏi tháp ở nhiệt độ 78.6

0
C.
C
P
78.6
= a
P
*C
A
78.6
+(1 - a
P
)*C
B
78.6
= 0.91
∗
3308.5 + (1- 0.91)
∗
4190
= 3387.84 J/h
Với:
C
A
78.6
= 3308.5 J/kg độ và C
B
78.6
= 4190 J/Kg độ được nội suy ở phần trên.
Tương tự tính:

r
P
78.6
: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp ở nhiệt độ 78.6
0
C
r
P
78.6
= a
P
*r
A
78.6
+ (1 - a
P
)*r
B
78.6
r
A
78.6
, r
B
78.6
: Tra (Bảng I-213 trang 254 tập I) bằng phương pháp nội suy.
r
A
78.6
= 202.5 kcal/kg = 846.45*10

3
J/kg
r
B
78.6
= 560.4 kcal/kg = 2342.7*10
3
J/kg
Suy ra:
r
P
78.6
= 846.45*10
3
∗
0.91 + 2342.7*10
3
∗
(1 – 0,9354) = 981.16*10
3
J/kg
Suy ra:
λ
hh
= r
P
78.6
+ C
P
78.6

*t
P
= 981.16*10
3
+ 3387.84
∗
78.6 = 1247.44*10
3
J/kg
Vậy:
21
Đồ Án Môn Học
Q
y
= P.(R
x
+ 1).λ
hh
= 505.9
∗
(1.51 +1)
∗
1247.44*10
3
= 714.8*10
6
J/h
2.5. Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra:
Q
W

= W.C
W
.t
W
(J/h) (CT IX.160, trang 197, [2])
C
W
: được xác định theo công thức: C
W
100
= C
A
100
*a
W
+ C
B
100
*(1 – a
W
)
C
A
,C
B
: tra (Bảng I.153, 171, [1]) ở 100
0
C
C
A

100
= 539 kcal/kg = 2253 J/kgđộ
C
B
100
= 194 kcal/kg = 810.92 J/kgđộ
Suy ra: C
W
= 2253
∗
0.00465 + 810.92
∗
( 1 – 0.00465) = 817.63 J/kgđộ.
Vậy: Q
W
= 994.1
∗
817.63
∗
100 = 812.81*10
6.
J/h
2.6. Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh
Q
xq2
= 0,05.D
2
.r
2
(J/h) (CT IX.162, trang 198, [2])

2.7. Nhiệt lượng do nước nhưng tụ mang ra
Q
m2
= G
ng2
.C
2
.θ
2
= D
2
.C
2
.θ
2
(CT IX.161, trang 198, [2])
Với:
G
ng2
: lượng nước ngưng tụ bằng lượng hơi cần thiết để đun sôi
dung dịch đáy tháp, kg/h
C
2
, θ
2
: nhiệt dung riêng (J/kgđộ) và nhiệt độ của nước ngưng (
0
C)
Vậy:
2

2
.95,0 r
QQQQ
D
RxFwY
−−+
=
=
3
10.226495.0
6
10*207.7
6
10679.4*
6
10*812.81
6
10*714.8
∗
−−+
=297.
8 kg/h (CT IX.163, trang 198, [2])
Ta chọn hơi nước bão hòa đun sôi ở áp suất khí quyển:
t
0
= 100
0
C, suy ra r
2
= 2264*10

3
J/kg (Bảng I.125, trang 314, [1])
Lượng nhiệt tiêu tốn môi trường xung quanh:
Q
m2
= 0.05.D
2
.r
2

= 0.05*297.8*2264*10
3
= 33.71*10
6
J/kg
III. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO THIẾT BỊ NGƯNG TỤ
Sử dụng thiết bị hồi lưu:
P.R
x
.r = G
n1
.C
n
.(t
2 –
t
1
) (CT IX.164, trang 198, [2])
Với:
r: ẩn nhiệt ngưng tụ ở đỉnh tháp, r = r

p
= 981.16*10
3
J/kg
t
1
, t
2
: nhiệt độ vào và ra của nước làm lạnh
Chọn nhiệt độ t
1
= 25
0
C, t
2
= 40
0
C
⇒
2
21
tt
t
tb
+
=
5.32
2
4025
=

+
=
0
C
22
Đồ Án Môn Học
C
n
: nhiệt dung riêng của nước ở t
tb
= 32.5
0
C. (Bảng I.147, trang 165, [1])
C
n
= 4.19 (J/kgđộ)
Lượng nước lạnh tiêu thụ cần thiết G
n1
:
)
12
.(
1

1
ttC
n
r
R
x

P
G
n
−
=
)2540(19.4
3
10*981.1651.19.505
−∗
∗∗
=
= 11.93*10
6
kg/h
IV. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO THIẾT BỊ LÀM LẠNH
P.r + P.C
’
p
.(t
1
’
- t
2
’
) = G
nl2
.C
n
.(t
2 –

t
1
) (CT IX.166, trang 198, [2])
Với:
=
+
=
+
=
2
256.78
2
'
2
'
1
'
tt
t
tb
51.8
0
C
t
1
’
, t
2
’
: nhiệt độ dầu và cuối của sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ,

0
C.
Chọn nhiệt độ: t
1
’
= 78.6
0
C, t
2
’
= 25
0
C.
Tra (Bảng I.153; I.154 trang 172, [1]), và nội suy ta được:
C
B
51.8
= 4183.85 (J/kgđộ).
C
A
51.8
= 3141.85 (J/kgđộ).
C
P
’
: nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh đi làm lạnh.
C
P
’
= C

A
51.8
*a
P
+ C
B
51.8
*( 1-a
P
)
= 3141.85
∗
0.91+ 4183.85
∗
(1 – 0.91)
= 3235.63 J/kgđộ
t
1
, t
2
: nhiệt độ vào ra của nước lạnh,
0
C
Chọn nhiệt độ t
1
= 25
0
C, t
2
= 40

0
C
C
n
= 4.19 J/kgđộ
Lượng nước lạnh tiêu tốn:
)
12
(*
)
'
2
'
1
(*
'
**
2
ttC
n
ttC
P
PrP
G
n
−
−+
=
)2540(19.4
)255,78(63.3235*9.505

3
10*981.169.505
−∗
−∗+∗
=

= 92.94*10
6
kg/h
Vậy tổng lượng nước dùng trong ngưng tụ và làm lạnh sản phẩm đỉnh là:
G
n
= G
n1
+ G
n2
= 11.93*10
6
+ 92.94*10
6
= 104.87*10
6
kg/h
23
{
Đồ Án Môn Học
CHƯƠNG IV
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT
I. ĐƯỜNG KÍNH THÁP
D =

tb
tb
V
ωπ
∗∗3600
(m) (CT IX- 89, trang 181 [II])

tbyy
tb
g
)(
0188.0
ωρ
=
V
tb
: lượng hơi trung bình đi trong tháp (m
2
/h)

ω
tb
: vận tốc hơi trung bình đi trong tháp (m/s)
1.1. ĐƯỜNG KÍNH ĐOẠN LUYỆN
 Lưu lượng hơi trung bình trong đoạn luyện:
g
tb
=
2
1

gg
đ
+
(CT IX.91, trang 181, [2])
g
d
: lượng hơi ra khỏi tháp ở đĩa trên cùng (kg/h)
g
1
: lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện (kg/h)
Áp dụng phương trình cân bằng vật liệu, nhiệt lượng cho đĩa thứ nhất của
đoạn luyện:
g
1
= G
1
+ G
p
(CT IX.93, trang 182, [2])
g
1
y
1
= G
1
x
1
+ G
p
x

p
(CT IX.94, trang 182, [2]) (1)
g
1
r
1
= g
đ
r
đ
(CT IX.95, trang 182, [2])

Với: y
1
: hàm lượng hơi của đĩa thứ nhất đoạn luyện
x
1
: hàm lượng lỏng ở đĩa thữ nhất đoạn luyện
Trong các phương trình trên ta xem x
1
= x
F
r
1
, r
đ
: ẩn nhiệt hóa hơi hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất và đi ra khỏi tháp
Ta có:
G
p

= 505.9 kg/h = 12.52 kmol/h
G
F
= 1500 kg/h = 67.57 kmol/h
x
1
= x
F
= 0.15 phần mol = 0.31 phần khối lượng
g
đ
= G
R
+ G
P
= P.(R
x
+ 1) = 505.9
∗
(1 + 1.51) = 1269.81 kg/h= 31.43 kmol/h
(CT IX.92, trang 181, [2])
r
1
: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn luyện
r
đ
: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi đỉnh tháp
r
1
= r

a
y
1
+ r
b
(1 – y
1
)
r
d
= r
a
y
đ
+ r
b
(1 – y
đ
) (CT, trang 182, [2])
24
Đồ Án Môn Học
r
A
, r
B
: ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử Rượu và Nước.
Từ (Bảng I.212, trang 254, [1]) ở t
F
= 85
0

C:
r
A
= 200 kcal/kg = 9200 kcal/kmol
r
B
= 554 kcal/kg = 9972 kcal/kmol
Ở nhiệt độ t
P
= 78.6
0
C, ta có:
r
A
= 202.56 (kcal/kg) = 9317.76 (kcal/kmol)
r
B
= 574.35 (kcal/kg) = 10338.3 (kcal/kmol)
y
d
= y
p
= 0.818 (kmol/kmol)
r
đ
= 9317.76
∗
0.818 + 10338.3
∗
(1 – 0.818)

= 9503.5 kcal/kmol = 39779.75 KJ/kmol
Giải hệ (1) cho ta tìm được g
1
, G
1
, y
1
:
g
1
= 30.6 kmol/h
G
1
= 18.06 kmol/h
y
1
= 0.416 kmol/kmol
M
1
= M
A
* y
1
+ ( 1- y
1
)*M
B
= 46*0.416 + ( 1 – 0.416)
= 29.65 ( Kg/kmol)
⇒ g

1
= 907.23 kg/h
⇒ G
1
= 525.44 kg/h
→ r
1
= r
a
*

y
1
+ r
b
*(1 - y
1
)
= 9317.76 *0.416 + ( 1 - 0.416 )* 10338.3
= 9913.76 kcal/kmol
Suy ra lương hơi trung bình:
2
g
1
tb
gg
d
+
=
=

2
23.907 1269.81+
= 1088.52 kg/h = 0.3 kg/s
Lưu lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện:
G
tb
=
2
1
GG
P
+
=
2
44.5359.505
+
= 520.67 kg/h
 Khối kượng riêng trung bình đối với pha khí, pha lỏng của đoạn luyện
• Với pha hơi:
( )
[ ]
tb
BtbAtb
ytb
T
MyMy
*4.22
273*1
11
−+

=
ρ

(CT IX.102, trang 183, [2])
Ta có: M
A
= 46 kg/kmol, M
B
= 18 kg/kmol
y
tb
=
2
1 p
yy +
=
2
818.0416.0 +
= 0.617 phần mol (Trang 183, [2])
T: nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn luyện
25