Thiết kế tháp chưng cất hệ etanol nước hoạt động liên tục với nâng suất nhập liệu 2000 kgh có nồng độ 15% mol etanol ,thu được sản phẩm đỉnh có nồng độ 75% mol etanol

Đồ Án Môn Học
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- thực 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.
Nhiệm vụ của ĐAMH là thiết kế tháp chưng cất hệ Etanol - Nước
hoạt động liên tục với nâng suất nhập liệu : 2000 kg/h có nồng độ 15% mol
etanol ,thu được sản phẩm đỉnh có nồng độ 75% mol etanol với độ thu hồi
etanol là 98%.
Đây là lần đầu tiên thiết kế hệ thống tháp chưng cất mang tính chất
chuyên ngành,do kiến thức và tài liệu còn hạn chế nên em không thể tránh
khỏi sai sót trong quá trình thiết kế .Nên mong được sự giúp đỡ và chỉ bảo
tận tình quí thầy cô bộ môn để em có thể hoàn thành tốt đồ án này.
1
Đồ Án Môn Học
CHƯƠNG 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.

2
Đồ Án Môn Học
 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 .
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: .
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.
3
Đồ Án Môn Học
Nhận xét: tháp mâm xuyên lỗ là trạng thái trung gian giữa tháp chêm
và tháp mâm chóp. Nên ta chọn tháp chưng cất là tháp mâm xuyên lỗ.
Vậy: 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
4
Lạnh
H
+
Đồ Án Môn Học
* Phản ứng trên nhóm hydroxyl:
+ Tác dụng với HX: CH
3
-CH
2
-OH + HX CH
3
-CH
2
-X + H
2
O

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

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

-OH CH
3
-CHO + H
2

 Ứng dụng: etanol đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế
quốc dân. Nó là nguyên liệu dùng để sản suất các 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
 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
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
Nấm men
Zymaza
Đồ Án Môn Học
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.
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.
III. CÔNG NGHỆ CHƯNG CẤT HỆ ETANOL – NƯỚC:
Etanol là một chất lỏng tan vô hạn trong H
2
O, nhiệt độ sôi là 78,8
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 . Tháp chưng cất.
2 . Thiết bị trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy
3 . Bồn chứa nguyên liệu
.4 Bồn chứa sản phẩm đáy.
5 . Bồn chứa sản phẩm đỉnh
6 . Bơm
7 . Thiết bị gia nhiệt nhập liệu.
.8 . Bồn cao vị.
6
Đồ Án Môn Học
9 . Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh.
10 Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh.
3. Qui trình công nghệ và thuyết minh qui trình:
3.1 Sơ đồ qui trình:
7
Hơi
thứ
(W)

(3) (4) (5)
(6)
(7)
(8)
(10)
(9)
(1)
(2)
(F)
(D)
Nước
ngưng
Nước
ngưng
H
2
O
H2O
H2O
Hồi lưu
SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT
CHUYƯN CNG NGH
Đồ Án Môn Học
* 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 (3) được bơm (6) bơm lên
bồn cao vị (8). Từ đó được đưa đến thiết bị trao đổi nhiệt (7) ( trao đổi
nhiệt với sản phẩm đáy ). Sau đó, hỗn hợp được đun sôi đến nhiệt độ sôi

trong thiết bị gia nhiệt(7), hỗn hợp được đưa vào tháp chưng cất (1) 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.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 75% phân mol). Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ (9) 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 (5). 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
0,37 % phân mol, còn lại là nước.
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.
8
Đồ Án Môn Học
PHẦN 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
B: Nước với M
B
= 18
Theo yêu ban đầu F = 2.10
3
kg/h
II. TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU

2.1. Công thức liên hệ nồng độ phần mol & nồng độ phần khối lượng

∑
=
i
M
i
X
j
M
j
X
j
x
Thành phần mol trong hỗn hợp đầu

B
F
A
F
A
F
F
M
a
M
a
M
a
x

−
+
=
1
⇒
31,0
18)15,01(15,046
15,046
18)1(46
46
=
∗−+∗
∗
=
∗−+∗
∗
=
FF
F
F
xx
x
a

Thành phần mol trong sản phẩm đỉnh
B
P
A
P
A

P
P
M
a
M
a
M
a
x
−
+
=
1
⇒
8846,0
18)75,01(75,046
75,046
18)1(46
46
=
∗−+∗
∗
=
∗−+∗
∗
=
FP
P
P
xx

x
a
9
Đồ Án Môn Học

• Cân bằng vật chất cho toàn tháp:
F = D + W
⇔
2.10
3
= P + W (1)
• Cân bằng cấu tử etanol (cấu tử nhẹ):
F.x
F
= D.x
D
+ W.x
W

⇔
2.10
3
∗
0,31 = P
∗
0,94+ W
∗
x
W
(2)

• Tỷ lệ thu hồi (
η
) = 98%
F.x
F
.
η
= D.x
D

⇔
2.10
3
∗
0,31
∗
0,98= P
∗
0,94 (3)
Giải 3 phương trình (1), (2), (3) ta có:
P = 688,662 kg/h
W = 1311,28 kg/h
x
W
= 0,0037 phần mol
2.2. Tính khối lượng mol trung bình

M
i
n

1i
x
i
M ∗
∑
=
=
Với : n: số cấu tứ của hỗn hợp
xi: phần mol của cấu tử i
M
i
: khối lượng mol của cấu tử i
Trong hỗn hợp đầu
M
F
= x
F
∗
M
A
+ (1 - x
F
)
∗
M
B
= 46
∗
0,15 + (1 - 0,15)
∗

18 =
22,2kg/kmol
Trong sản phẩm đỉnh
M
P
= x
P
∗
M
A
+ (1 - x
P
)
∗
M
B
= 46
∗
0,75 + (1 - 0,75)
∗
18 = 39 kg/kmol
Trong sản phẩm đáy
M
W
= x
W
∗
M
A
+ (1 - x

W
)
∗
M
B
= 46
∗
0,0037 + (1 - 0,0037)
∗
18 =
18,1036 kg/kmol
Phần
khối lượng
P
hần mol
Lưu
lượng (kg/h)
Lưu lượng
(kmol/h)
Hỗn
hợp đầu
31,08%
1
5%
2.10
3
90,09
Sản
phẩm đỉnh
88,5%

7
5%
688,662 17,658
Sản
phẩm đáy
0,94%
0,
37%
1311,28 72,432
2.3. Thành phần pha của hỗn hợp 2 cấu tử Etanol - Nước
10
Đồ Án Môn Học
Dựa vào (Bảng IX.2a, 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 65,4 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 0,487 84,85
P 0,75 0,7855 78,8
W 0,0037 0,025 99,297
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)
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, T144, [ 2])
11
Đồ Án Môn Học
Do đó phương trình đường nồng độ làm việc có dạng:
y
n+1
= A.x
n
+ B (CT IX.21, T158, [2])

Với
1
,
1 +

=
+
=
x
P
x
x
R
x
B
R
R
A

3.1.2. Đoạn chưng
Phương trình cân bằng vật liệu đoạn chưng:
G
x
’
= G
y
+ W
Với:
G
x
’
= G
y
+ F lượng lỏng trong đoạn chưng từ trên xuống
W: lưu lựợng sản phẩm đáy (kmol/h)

F: lưu lượng hỗn hợp đầu (kmol/h)
Phương trình cân bằng vật liệu viết cho cấu tử Axeton:
G
x
’
.x
’
n
= G
y
.y
’
n+1
+ W.x
W
Suy ra
w
x
n
x
x
n
x
R
L
x
R
LR
y
1

1
1
'
1
+
−
−
+
+
=
+
với L=F/P (CT IX.22,T 158, [2])
Có dạng: y
’
n+1
= A’.x’
n
+ B’
Với

1+
+
=
x
x
R
LR
A

1

1
+
−
=
x
R
L
B
(CT IX.23, T158, [2])
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
Do đồ thị cân bằng của hệ Etanol-Nước có điểm uốn, nên xác định tỉ số
hồi lưu tối thiểu bằng cách:
• Trên đồ thị cân bằng x-y, từ điểm (0,85; 0,85) kẻ một đường thẳng tiếp
tuyến với đường cân bằng tại điểm uốn , cắt trục Oy tại điểm có y
o
= 0,26
• Theo phương trình đường làm việc đoạn chưng, khi x
o
=0 thì:

312,0
1
min
0
=
+

=
R
x
y
D
Vậy: tỉ số hồi lưu tối thiểu : R
min
= 1,404
3.2.2. Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp
R
x
= b.R
xmin
(CT IX.25, T158, [2]) với b là hệ số (1.2 ÷ 2.5)
Xác định R
x
thích hợp theo số bậc thay đổi nồng độ được tiến hành như
sau: cho nhiều giá trị R
x
lớn hơn giá trị R
xmin
. Với mỗi giá trị trên, ta xác định
được tung độ của đường làm việc với trục tung B, với :
12
Đồ Án Môn Học
1+
=
x
P
R

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

lt
.(R
x
+ 1)
1,2 0,936 0,387 15,5 đĩa 30,008
1,5 1,17 0,346 12,6 27,342
1,8 1,404 0,312 9,5 22,838
2,1 1,638 0,284 8,7 22,950
2,4 1,872 0,261 7,5 21,54
2,5 1,95 0,254 7 20,65
Dựa vào bảng ta vẽ đồ thị phụ thuộc của N
L
.(R
x
+ 1) vào R
x
. Sau đó dựa
vào đồ thị để xác định chỉ số R
x
thích hợp.
13
Đồ Án Môn Học
Từ đồ thị ta xác định được chỉ số hồi lưu thích hợp: R
tt
= 1,404
ĐỒ THỊ XÁC ĐỊNH SỐ BẬC THAY ĐỔI NỒNG ĐỘ
Từ đồ thị xác định số bậc thay đổi nồng độ tương ứng với: R
x
= 1,404 ta
xác định được:

Số đĩa lý thuyết là N
LT
= 9,5 đĩa. Trong đó, vị trí đĩa trên cùng (vị trí hồi
lưu) được đánh số 1 thì đĩa nạp liệu là đĩa số 6. Số đĩa của phần đoạn luyện kể cả
đĩa nạp liệu là 6 đĩa. Số đĩa của phần đoạn chưng là 3,5 đĩa.
3.2.3. Xác định số đĩa thực tế theo hiệu suất trung bình
N
tt
= N
LT
/

η
tb
(CT IX.59, 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,T 171, [2])

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)
14
Đồ Án Môn Học
Trong chưng luyện người ta tính độ bay hơi tương đối như sau:
x
x
y
y −
∗
−
=
1
1
α
(CT IX.61, T171, [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
379.5
15,0
15,01
487,01
487,0
=
−
∗
−
=
Tra (Bảng I.101, T19, [1]) và dùng phương pháp nội suy ta tìm

được độ nhớt của Etanol và Nước ở 84,85
0
C

C
B
85,84
µ
= 0,343.10
3
Ns/m
2

C
A
85.84
µ
= 0,478.10
3
Ns/m
2

=
F
µ
lg
0,31
∗
lg 0,478.10
3

+ (1 - 0,31)
∗
lg 0,343.10
3
= 2,579 = 2,6
3
10.398,0=⇒
F
µ
Ns/m
2
=∗⇒
FF
µα
0,398.10
3
∗
5,379 = 2140,84 = 2,1.10
3
Tại đỉnh:
P
P
P
P
P
x
x
y
y −
∗

−
=
1
1
α
=
224,1
75,0
75,01
786,01
786,0
=
−
∗
−
0
8,78
B
µ
= 0,401.10
3
Ns/m
2
8
,78
A
µ
= 0,506.10
3
Ns/m

2


=
P
µ
lg
0,885
∗
lg 0,401.10
3
+ (1 - 0,885)
∗
lg 0,506.10
3
= 2,614
P
µ
⇒
= 0,412.10
3
Ns/m
2
=∗⇒
PP
µα
1.224*0,412.10
3
=0,504.10
3

Tại đáy:
W
W
W
W
W
x
x
y
y
−
∗
−
=
1
1
α
=
79,6
0037,0
0037,01
0246,01
0246,0
=
−
∗
−
0
99,3
μ

A
= 0,39.10
3
Ns/m
2
0
3,99
B
µ
= 0,29.10
3
Ns/m
2
=
W
µ
lg
0,0094
∗
lg 0,31.10
3
+ (1 - 0,0094)
∗
lg 0,29.10
3
= 2,46
)/(10.29,0
23
mNs
W

=⇒
µ
=∗⇒
WW
μα
0,29.10
3
∗
6,79 = 1,969.10
3
Dựa vào giản đồ Gilliand giản đồ thực nghiệm tại (Hình IX.11,T 171, [2])
15
Đồ Án Môn Học
⇒
=
tb
η
45%
Vậy số đĩa thực tế N
tt
= N
lt
/
=
tb
η
9,5 / 45% = 21,1 đĩa
⇒
Ta lấy số đĩa thực tế: N
tt

= 21 đĩa

Trong đó
Số đĩa thực tế của đoạn luyện: N
L
= 6 / 45% = 13,3 chọn 13 đĩa
Số đĩa thực tế của đoạn chưng: N
c
= 3,5 / 45% = 7,7 chọn 8 đĩa
16
Đồ Án Môn Học
PHẦN III
TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
Mục đích của việc tính toán cân bằng nhiệt lượng là để xác định lượng hơi
đốt cần thiết khi đun nóng hỗn hợp đầu, đun bốc hơi ở đáy tháp cũng như xác
định lượng nước làm lạnh cần thiết cho quá trình ngưng tụ làm lạnh.
Chọn nước làm chất tải nhiệt vì nó là nguồn nhiên liệu rẻ tiền, phổ biến
trong thiên nhiên và có khả năng đáp ứng yêu cầu công nghệ.
Sơ đồ:
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
17
H
2
O
H
2
O
H
2
O
H
2
O
Q
y
Q
F
Q
D1
Q
D2

Q
xq2
Q
ng1
Q
xq1
Q
W
Q
f
Q
P
Q
R
Đồ Án Môn Học
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, T196, [2])
Trong đó:
Q
D1
= D
1
λ
1
= D
1
(r
1 +
θ
1
C
1
) J/h (CT IX.150, T196, [2])
Với:

D
1
: lượng hơi đốt mang vào, kg/h
λ
1
: hàm nhiệt của hơi nước, J/kg
r
1
: ẩn nhiệt hóa hơi của hơi nước, J/kg
θ
1
: nhiệt độ của nước ngưng
C
1
: nhiệt dung riêng của nước ngưng, J/kg độ.
Q
xq1
= 5%Q
D1
= 5%D
1
r
1
(J/h). (CT IX.154,T 197, [2])
Q
m1
= G
ng1
C
1

θ
1
(J/h). (CT IX.153, T197, [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,T 196, [2])
Q
F
= Ft
F
C
F
(J/h) (CT IX.152, T196, [2])
t
f
: nhiệt độ hỗn hợp đầu
0
C, chọn t
f
= 28
0
C

t
F
: nhiệt độ điểm sôi của hỗn hợp đầu ở áp suất khí quyển 83,2
0
C
Suy ra:
⇒
11
1
.95,0
) (
.95,0 r
tCtCF
r
QQ
D
ffFFfF
−
=
−
=
(CT IX.155, 197, [2])
Tính nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu
C
f
28
= C
A
28
a

F
+ C
B
28
(1 – a
F
)
C
A
28
,C
B
28
tra (Bảng I.153, T171, [1])
C
A
28
= 3868 J/kgđộ
C
B
30
= 4178 J/kgđộ
C
f
28
= 3868
∗
0,31 + 4178
∗
(1 - 0,31) = 4082 J/kgđộ

Q
f
= FC
f
t
f
= F
∗
28
∗
4082 = F
∗
114296 J/kg độ
Tương tự ta có nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu ở nhiệt độ sôi t
F
=
83,2
0
C
18
Đồ Án Môn Học
C
F
84,85
= C
A
84,85
∗
a
F

+ C
B
84,85
∗
(1- a
F
)
C
A
84,85
= 4005,8 J/kgđộ
C
B
84,85
= 4199,7 J/kg độ
C
F
84,85
= 4005,8
∗
0,31 + 4199,7
∗
(1- 0,31) = 4139,59 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,T 314, [1])

335,220
10.226495,0
28408285,8459,4139
10.2
3
3
1
=
∗
∗−∗
=
D
kg/h
II. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO TOÀN THÁP
Q
D2
+ Q
F
+ Q
R
= Q
Y
+ Q
W
+ Q
ng2

+ Q
xq2
(CT IX.157, T197, [2])
2.1. Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào tháp
Q
F
= FC
F
t
F
= 2.10
3
∗
4139,59
∗
84,85 = 702,49.10
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,T 197, [2])
t
x
= t
p
= 78,8
0
C
C
x
78,8
: nhiệt dung riêng hỗn hợp sau khi ngưng tụ sản phẩm đỉnh (J/kg độ)
C
x
78,8
được tính theo công thức sau:
C
x
78,8
= C
A
78,8
a

p
+ C
B
78,8
(1 - a
p
)
C
A
78,8
,C
B
78,8
: tra (Bảng I.153, T171, [1]) ở 78,8
0
C.
C
A
78,8
= 3445,36( J/kg độ )
C
B
78,8
= 4190 ( Jkg độ )
Do đó: C
x
78,8
= 3445,36
∗
0,885 + 4190

∗
(1 - 0,885) = 3530,99 J/kg độ
Suy ra: Q
Rx
= 688,623
∗
1,404
∗
3530,99
∗
78,8 = 269.10
6
J/h
2.4. Nhiệt lượng do hơi mang ra
Q
y
= G
y
λ
hh
= P(R
x
+ 1)λ
hh
(CT IX.159, T197, [2])
Nhiệt độ hơi tại đỉnh tháp 78,8
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
78,8
t
P
19
Đồ Án Môn Học
λ
1
: hàm nhiệt của Axeton ở 78,8
0
C
λ
2
: hàm nhiệt của Etanol ở 78,8
0

C
C
P
78,8
: nhiệt dung riêng của hỗn hợp ra khỏi tháp ở nhiệt độ 78,8
0
C.
C
P
78,8
= a
P
C
A
78,8
+(1 - a
P
)C
B
78,8
= 0,885
∗
3445,36 + 0,115
∗
4190 = 3530,99 J/h
Với:
C
A
78,8
= 3445 J/kg độ và C

B
78,8
= 4190 J/Kg độ được nội suy tương tự như trên.
Tương tự tính:
r
P
78,8
: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp ở nhiệt độ 78,8
0
C
r
P
78,8
= a
P
.r
A
78,8
+ (1 - a
P
).r
B
78,8
r
A
78,8
, r
B
78,8
: Tra bảng I-213 trang 254 tập I bằng phương pháp nội suy.

r
A
78,8
= 207,48 kcal/kg = 868,48.10
3
J/kg
r
B
78,8
= 560,2 kcal/kg = 2345.4410
3
J/kg
Suy ra:r
P
78,8
= 868,677.10
3
∗
0,885 + 2345.44.10
3
∗
(1 – 0,885) = 1038,5.10
3
J/kg
Suy ra: λ
hh
= r
P
78,8
+ C

P
78,8
.t
P
= 1038,5.10
3
+ 3530,99
∗
78,8 = 1316,742.10
3
J/kg
Vậy:
Q
y
= P.(R
x
+ 1).λ
hh
= 688,662
∗
(1,404+1)
∗
1316,742.10
3
=2179,9.10
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,T 197, [2])
C
W
: được xác định theo công thức: C
W
99,3
= C
A
99,3
a
W
– C
B
99,3
(1 – a
W
)
C
A
,C
B
: tra (Bảng I.153,T 171, [1]) bằng phương pháp nội suy ở 99,3
0
C
C
A

99,3
= 4070,89 J/kgđộ
C
B
99,3
= 4228,59 J/kgđộ
Suy ra: C
W
= 4070,9
∗
0,0094 + 4228,59
∗
( 1 – 0,0094) = 4227,11
J/kgđộ.
Vậy: Q
W
= 1311,28
∗
4227,11
∗
99,3 = 550,395.10
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,T 198, [2])
2.7. Nhiệt lượng do nước ngưng tụ mang ra
Q
m2
= G
ng2
.C
2
.θ
2
= D
2
.C
2
.θ
2
(CT IX.161, T198, [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)
20

Đồ Án Môn Học
Vậy:
2
2
.95,0 r
QQQQ
D
RxFwY
−−+
=
=
3
10.226495,0
6
10.488,702
6
10.488,702
6
10.395,550
6
10.9,2179
∗
−−+
=817,745 kg/h (CT IX.163,T 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, T314, [1])
Lượng nhiệt tiêu tốn môi trường xung quanh: Q
m2
= 0,05.D
2
.r
2
= 188,8.10
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, T198, [2])
Với:
r: ẩn nhiệt ngưng tụ ở đỉnh tháp, r = r
p
= 1038,5.10

3
J/kg
t
1
, t
2
: nhiệt độ vào và ra của nước làm lạnh
Chọn nhiệt độ t
1
= 35
0
C, t
2
= 55
0
C
⇒

2
21
tt
t
tb
+
=
45
2
5535
=
+

=
0
C
C
n
: nhiệt dung riêng của nước ở t
tb
= 45
0
C. (Bảng I.147,T 165, [1])
C
n
= 4182,2 (J/kgđộ)
Lượng nước lạnh tiêu thụ cần thiết G
n1
:
)
12
.(
1

1
ttC
n
r
R
x
P
G
n

−
=
)3555(2,4182
3
10.5,1038404,1662,688
−∗
∗∗
=
=12.10
3
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,T 198, [2])

Với:
tt
tt
t
tb
12
'
2
'
1
'
−
+
=
t
1
’
, t
2
’
: nhiệt độ dầu và cuối của sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ,
0
C.
Chọn nhiệt độ: t
1
’
= 78,8
0
C, t
2

’
= 35
0
C.
Tra (Bảng I.153, T171, [1]), và nội suy ta được:
C
B
56,9
= 4187,678 (J/kgđộ).
C
A
56,9
= 3156,69 (J/kgđộ).
C
P
’
: nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh đi làm lạnh.
C
P
’
= 3156,69
∗
0,885 + 4187,678
∗
(1 – 0,885) = 3275,25 J/kgđộ
t
1
, t
2
: nhiệt độ vào ra của nước lạnh,

0
C
Chọn nhiệt độ t
1
= 35
0
C, t
2
= 55
0
C
C
n
= 4182,2 J/kgđộ
21
Đồ Án Môn Học
Lượng nước lạnh tiêu tốn:
)
12
.(
)
'
2
'
1
.(
'
.
2
ttC

n
ttC
P
rP
G
n
−
−+
=
)2555(2,4182
)358,78(25,3275*662,688
3
10.5,1038*662,688
−∗
−∗+
=
=9731,35 kg/h
Vậy tổng lượng nước dùng trong ngưng tụ và làm lạnh sản phẩm đỉnh là:
G
n
= G
n1
+ G
n2
= 21731,35 kg/h
22
{
Đồ Án Môn Học
PHẦN IV
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT

I. ĐƯỜNG KÍNH THÁP
D =
tb
tb
V
ωπ
∗∗3600
(m) (CT IX- 89,T 181 [II])

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

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

2
1
gg
đ
+
(CT IX.91, T181, [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, T182, [2])
g
1
y
1
= G
1
x
1
+ G

p
x
p
(CT IX.94, T182, [2]) (1)
g
1
r
1
= g
đ
r
đ
(CT IX.95, T182, [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
= 688,662 kg/h = 17,658 kmol/h
G
F
= 2.10
3
kg/h = 90,09 kmol/h
x
1
= x
F
= 0,15 phần mol = 0,31 phần khối lượng
g
đ
= G
R
+ G
P
= P.(R
x
+ 1) = 688,662
∗
(1 + 1,404) = 1655,54 kg/h= 42,45
kmol/h
(CT IX.92,181, [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
1
y
1
+ r
b
(1 – y
1
)
23
Đồ Án Môn Học
r
d
= r
a
y
đ
+ r
b
(1 – y
đ
) (CT, T182, [2])
r
A
, r
B

: ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử Rượu và Nước.
Từ (Bảng I.212,T 254, [1]) ở t
F
= 84,85
0
C:
r
A
= 200,065 kcal/kg = 9974,7 kcal/kg
r
B
= 554,15 kcal/kg = 9974,7 kcal/kmol
Ở nhiệt độ t
P
= 78,8
0
C, ta có:
r
A
= 202,48 (kcal/kg) = 9314,03 (kcal/kmol)
r
B
= 560,2 (kcal/kg) = 10083,6 (kcal/kmol)
y
d
= y
p
= 0,7855 (kmol/kmol)
r
đ

= 202,479
∗
0,785 + 560,2
∗
(1 - 0,785) = 10889,2 kcal/kmol = 279,2
kcal/kg
Giải hệ (1) cho ta tìm được g
1
, G
1
, y
1
:
g
1
= 1013,2 kg/h = 45,64 kmol/h
G
1
= 621,6kg/h = 28 kmol/h
y
1
= 0,676 kg/kg
→ r
1
= r
a
y
1
+ r
b

(1 - y
1
)
= 10128kcal/kmol
Suy ra lương hơi trung bình:
2
1
gg
g
d
tb
+
=
=
2
2,101354,1655 +
= 1334,37 kg/h = 0,3706 kg/s
Lưu lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện:
G
tb
=
2
1
GG
P
+
=
2
6,621662,688 +
= 655,131kg/h

1.1.2. Khối kượng riêng trung bình đối với pha khí, pha lỏng của đoạn luyện
Với pha hơi:
( )
[ ]
tb
BtbAtb
ytb
T
MyMy
4,22
2731
11
−+
=
ρ

(CT IX.102,T183, [2])
Ta có: M
A
= 46 kg/kmol, M
B
= 18 kg/kmol
y
tb
=
2
1 p
yy +
=
2

7855,0382,0 +
= 0,584 phần mol (Trang 183, [2])
T: nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn luyện
T =
273
2
+
+
Fp
tt
=
273
2
85,848,78
+
+
= 354,825
0
K
Do đó:
( )
[ ]
825,3544,22
27318584,0146584,0
∗
∗−+∗
=
ytb
ρ
= 1,18 (kg/m3)

Với pha lỏng:
B
tb
A
tb
xtb
aa
ρρρ
−
+=
1
1
(CT IX.104a, 183 [2])
24
Đồ Án Môn Học
5975,0
2
885,031,0
2
=
+
=
+
=
PF
tb
aa
a
Với: a
tb

= 0,6 là phần khối lượng trung bình của Etanol trong pha lỏng
Tra (Bảng I.2, 9, [1]) ở t = 81,82
0
C
A
ρ
= 886 kg/m
3
B
ρ
= 968,6 kg/m
3
Do vậy:
3
10.089,1
6,968
5975,01
886
5975,01
−
=
−
+=
xtb
ρ
m
3
/kg

xtb

ρ
= 917,5 kg/m
3
Lưu lượng trung bình của hơi đi trong đoạn luyện:
97,1111
2,1
37,1334
===
ytb
tb
tb
g
V
ρ
m
3
/h
Lưu lượng thể tích lỏng đi trong đoạn luyện:
714,0
5,917
131,655
===
xtb
tb
x
G
G
ρ
m
3

/h

1.1.3. Vận tốc hơi trung bình trong đoạn luyện
Vận tốc hơi trung bình:
( )
yx
tb
y
h
ρρϕωρ
σ
065.0.
=
kg/m
2
.s (CT IX.105,T184, [2])
Trong đó:
: vận tốc hơi, m/s
σ
ϕ
: hệ số tính sức căng bề mặt, lấy bằng 1 khi sức căng bề mặt >0,2
kp/m
h: khoảng cách giữa các đĩa, m
Giá trị h được chọn theo đường kính tháp như sau: (Trang184 [2])
D(m)
0 0,6 0,6 1,2 1,2 1,8
>1,8
h(m) 0,25
0,3 0,35 0,35 0,45 0,45 0,6
Sức căng bề mặt của hỗn hợp ở t

tb
= 81,82
0
C (Bảng I.242, T300, [1])
Ta tìm được:
A
= 23.10
-3
N/m,
B
= 61,7.10
-3
N/m
25