Thiết kế hệ thống chưng cất nước acid acetid có năng suất 500l giờ nồng độ nhập liệu là 8% nồng độ sản phẩm đỉnh là 95,5% nồng độ sản phẩm đáy là 28%

Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hoàng Minh Nam
Trang 1
LỜI MỞ ĐẦU
Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển và cùng với nó là nhu
cầu ngày càng cao về độ tinh khiết của các sản phẩm. Vì thế, các
phương pháp nâng cao độ tinh khiết luôn luôn được cải tiến và đổi
mới để ngày càng hoàn thiện hơn, như là: cô đặc, hấp thụ, chưng
cất, trích ly,… Tùy theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự
lựa chọn phương pháp phù hợp. Đối với hệ Nước – Axit axetic là 2
cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta phải dùng phương pháp chưng cất để
nâng cao độ tinh khiết.
Đồ án môn học Quá trình và Thiết bò là một môn học mang tính
tổng hợp trong quá trình học tập của các kỹ sư Công nghệ Hóa học
tương lai. Môn học giúp sinh viên giải quyết nhiệm vụ tính toán cụ
thể về: quy trình công nghêä, kết cấu, giá thành của một thiết bò
trong sản xuất hóa chất - thực phẩm. Đây là bước đầu tiên để sinh
viên vận dụng những kiến thức đã học của nhiều môn học vào giải
quyết những vấn đề kỹ thuật thực tế một cách tổng hợp.
Nhiệm vụ của Đồ án này là thiết kế hệ thống chưng cất Nước –
Axit axetic có năng suất là 500l/h, nồng độ nhập liệu là 8%(kg
axit/kg hỗn hợp), nồng độ sản phẩm đỉnh là 95,5%(kg nước/kg hỗn
hợp), nồng độ sản phẩm đáy là 28%(kg axit/kg hỗn hợp). Sử dụng
hơi đốt có áp suất 2,5at.
Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hoàng Minh Nam

Chương 1

GIỚI THIỆU
I. LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT :
1. Khái niệm:
 Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của một hỗn hợp lỏng cũng như

hỗn hợp khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử
trong hỗn hợp (nghóa là khi ở cùng một nhiệt độ, áp suất hơi bão hòa của các cấu tử khác
nhau).
 Thay vì đưa vào trong hỗn hợp một pha mới để tạo nên sự tiếp xúc giữa hai pha
như trong quá trình hấp thu hoặc nhả khí, trong quá trình chưng cất pha mới được tạo nên
bằng sự bốc hơi hoặc ngưng tụ.
 Trong trường hợp đơn giản nhất, chưng cất và cô đặc không khác gì nhau, tuy
nhiên giữa hai quá trình này có một ranh giới cơ bản là trong quá trình chưng cất dung môi
và chất tan đều bay hơi (nghóa là các cấu tử đều hiện diện trong cả hai pha nhưng với tỷ lệ
khác nhau), còn trong quá trình cô đặc thì chỉ có dung môi bay hơi còn chất tan không bay
hơi.
 Khi chưng cất ta thu được nhiều cấu tử và thường thì bao nhiêu cấu tử sẽ thu
được bấy nhiêu sản phẩm. Nếu xét hệ đơn giản chỉ có 2 cấu tử thì ta thu được 2 sản
phẩm:
 Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất ít các cấu tử
có độ bay hơi lớn.
 Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần rất ít cấu tử có
độ bay hơi bé.
Đối với hệ Nước – Axit axetic thì:
 Sản phẩm đỉnh chủ yếu là nước.
 Sản phẩm đáy chủ yếu là axit axetic.
2. Các phương pháp chưng cất:
2.1. Phân loại theo áp suất làm việc:
- Áp suất thấp
- Áp suất thường
- Áp suất cao
2.2. Phân loại theo nguyên lý làm việc:
- Chưng cất đơn giản
- Chưng bằng hơi nước trực tiếp
- Chưng cất

2.3. Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp:
- Cấp nhiệt trực tiếp
- Cấp nhiệt gián tiếp
Trang 2
Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hoàng Minh Nam
Vậy: đối với hệ Nước – Axit axetic, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp
nhiệt gián tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường.
3. Thiết bò chưng cất:
Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bò khác nhau để tiến hành chưng cất. Tuy
nhiên yêu cầu cơ bản chung của các thiết bò vẫn giống nhau nghóa là diện tích bề mặt tiếp
xúc pha phải lớn, điều này phụ thuộc vào mức độ phân tán của một lưu chất này vào lưu
chất kia. Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có các loại tháp mâm, nếu pha lỏng phân
tán vào pha khí ta có tháp chêm, tháp phun,… Ở đây ta khảo sát 2 loại thường dùng là tháp
mâm và tháp chêm.
 Tháp mâm: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các mâm có cấu tạo
khác nhau, trên đó pha lỏng và pha hơi được cho tiếp xúc với nhau. Tùy theo cấu tạo của
đóa, ta có:
- Tháp mâm chóp : trên mâm bố trí có chóp dạng tròn, xupap, chữ s…
- Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh
 Tháp chêm (tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với nhau bằng mặt bích
hay hàn. Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên
hay xếp thứ tự.
So sánh ưu nhược điểm của các loại tháp:
Tháp chêm Tháp mâm xuyên lỗ Tháp mâm chóp
Ưu
điểm
- Cấu tạo khá đơn giản.
- Trở lực thấp.
- Làm việc được với chất lỏng
bẩn nếu dùng đệm cầu có ρ ≈ ρ

của chất lỏng.
- Trở lực tương đối thấp.
- Hiệu suất khá cao.
- Khá ổn đònh.
- Hiệu suất cao.
Nhược
điểm
- Do có hiệu ứng thành → hiệu
suất truyền khối thấp.
- Độ ổn đònh không cao, khó vận
hành.
- Do có hiệu ứng thành → khi
tăng năng suất thì hiệu ứng thành
tăng → khó tăng năng suất.
- Thiết bò khá nặng nề.
- Không làm việc được
với chất lỏng bẩn.
- Kết cấu khá phức tạp.
- Có trở lực lớn.
- Tiêu tốn nhiều
vật tư, kết cấu
phức tạp.
Vậy: ta sử dụng tháp mâm xuyên lỗ để chưng cất hệ Nước – Axit axetic.
II. GIỚI THIỆU SƠ BỘ VỀ NGUYÊN LIỆU :
1. Axit axetic:
1.1. Tính chất:
 Là 1 chất lỏng không màu, có mùi sốc đặc trưng, trọng lượng riêng 1,0497 (ở 20
o
C)
 Khi hạ nhiệt độ xuống 1 ít đã đông đặc thành 1 khối tinh thể có T

o
nc
= 16,635 –
0,002
o
, T
o
sôi = 118
o
C
 Tan trong nước, rượu và ete theo bất kỳ tỷ lệ nào
Trang 3
Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hoàng Minh Nam
 Là 1 axit yếu, hằng số phân ly nhiệt động của nó ở 25
o
C là K = 1,75.10
5−
Tính ăn mòn kim loại:
 Axit axetic ăn mòn sắt.
 Nhôm bò ăn mòn bởi axit loãng, nó đề kháng tốt đối với axit axetic đặc và thuần
khiết. Đồng và chì bò ăn mòn bởi axit axetic với sự hiện diện của không khí.
 Thiếc và một số loại thép nikel – crom đề kháng tốt đối với axit axetic.
1.2. Điều chế:
Axit axetic được điều chế bằng cách:
1) Oxy hóa có xúc tác đối với cồn etylic để biến thành andehit axetic, là một giai đoạn trung gian.
Sự oxy hóa kéo dài sẽ tiếp tục oxy hóa andehit axetic thành axit axetic.
CH
3
CHO + ½ O
2

= CH
3
COOH
C
2
H
5
OH + O
2
= CH
3
COOH + H
2
O
2) Oxy hóa andehit axetic được tạo thành bằng cách tổng hợp từ acetylen.
Sự oxy hóa andehit được tiến hành bằng khí trời với sự hiện diện của coban axetat.
Người ta thao tác trong andehit axetic ở nhiệt độ gần 80
o
C để ngăn chặn sự hình thành
peroxit. Hiệu suất đạt 95 – 98% so với lý thuyết. Người ta đạt được như thế rất dễ dàng
sau khi chế axit axetic kết tinh được.
CH
3
CHO + ½ O
2

 →
C80ởaxetatCoban
o
CH

3
COOH
3) Tổng hợp đi từ cồn metylic và Cacbon oxit.
Hiệu suất có thể đạt 50 – 60% so với lý thuyết bằng cách cố đònh cacbon oxit trên cồn
metylic qua xúc tác.
Nhiệt độ từ 200 – 500
o
C, áp suất 100 – 200atm:
CH
3
OH + CO → CH
3
COOH
với sự hiện diện của metaphotphit hoặc photpho – vonframat kim loại 2 và 3 hóa trò
(chẳng hạn sắt, coban).
1.3. Ứng dụng:
Axit axetic là một axit quan trọng nhất trong các loại axit hữu cơ. Axit axetic tìm được
rất nhiều ứng dụng vì nó là loại axit hữu cơ rẻ tiền nhất. Nó được dùng để chế tạo rất
nhiều hợp chất và ester. Nguồn tiêu thụ chủ yếu của axit axetic là:
 Làm dấm ăn (dấm ăn chứa 4,5% axit axetic).
 Làm đông đặc nhựa mủ cao su.
 Làm chất dẻo tơ sợi xenluloza axetat – làm phim ảnh không nhạy lửa.
 Làm chất nhựa kết dính polyvinyl axetat.
 Làm các phẩm màu, dược phẩm, nước hoa tổng hợp.
 Axetat nhôm dùng làm chất cắn màu (mordant trong nghề nhuộm)
 Phần lớn các ester axetat đều là các dung môi, thí dụ: izoamyl axetat hòa tan được
nhiều loại nhựa xenluloza.
2. Nước:
Trong điều kiện bình thường: nước là chất lỏng không màu, không mùi, không vò
nhưng khối nước dày sẽ có màu xanh nhạt.

Khi hóa rắn nó có thể tồn tại ở dạng 5 dạng tinh thể khác nhau.
Trang 4
Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hoàng Minh Nam
Tính chất vật lý:
 Khối lượng phân tử : 18 g / mol
 Khối lượng riêng d
4
0
c : 1 g / ml
 Nhiệt độ nóng chảy : 0
0
C
 Nhiệt độ sôi : 100
0
C
Nước là hợp chất chiếm phần lớn trên trái đất (3/4 diện tích trái đất là nước biển) và
rất cần thiết cho sự sống.
Nước là dung môi phân cực mạnh, có khả năng hoà tan nhiều chất và là dung môi rất
quan trọng trong kỹ thuật hóa học.
Chương 2

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Chú thích các kí hiệu trong qui trình:
1. Bồn chứa nguyên liệu.
2. Bơm.
3. Bồn cao vò.
4. Thiết bò đun sôi dòng nhập liệu.
5. Bẩy hơi.
6. Lưu lượng kế.
7. Nhiệt kế.

8. Tháp chưng cất.
9. Thiết bò ngưng tụ sản phẩm đỉnh.
10. Áp kế.
11. Thiết bò đun sôi đáy tháp.
12. Thiết bò làm nguội sản phẩm đáy.
13. Bồn chứa sản phẩm đáy.
14. Bộ phận chia dòng.
15. Bồn chứa sản phẩm đỉnh.
Trang 5
Chửng luyeọn Acid acetic - Nửụực GVHD: Hoaứng Minh Nam
Trang 6
1
2
3
4
8
9
11
12
13
T
T
P
T
5
6
7
10
x = 92%
t

= 25

C
Hụi ủoỏt
P = 2,5at
Nửụực ngửng
Nửụực laứm laùnh
t


= 25

C
t


= 40

C
Hụi ủoỏt
P = 2,5at
Nửụực
ngửng
Nửụực laứm laùnh
t


= 25

C
t


= 35

C
x =72%
t


= 40

C
Nửụực
14
Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hoàng Minh Nam
Hỗn hợp Nước – Axit axetic có nồng độ nước 92% (theo phần khối lượng), nhiệt độ
khoảng 25
0
C tại bình chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm lên bồn cao vò (3). Sau đó,
hỗn hợp được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi trong thiết bò đun sôi dòng nhập liệu (4), rồi được
đưa vào tháp chưng cất (8) ở đóa nhập liệu.
Trên đóa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn luyện của tháp chảy
xuống. Trong tháp, hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng từ trên xuống. Ở đây, có sự tiếp xúc và
trao đổi giữa hai pha với nhau. Pha lỏng chuyển động trong phần chưng càng xuống dưới
càng giảm nồng độ các cấu tử dễ bay hơi vì đã bò pha hơi tạo nên từ nồi đun (11) lôi cuốn
cấu tử dễ bay hơi. Nhiệt độ càng lên trên càng thấp, nên khi hơi đi qua các đóa từ dưới lên
thì cấu tử có nhiệt độ sôi cao là axit axetic sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu

được hỗn hợp có cấu tử nước chiếm nhiều nhất (có nồng độ 99,5% phần khối lượng). Hơi
này đi vào thiết bò ngưng tụ (9) và được ngưng tụ hoàn toàn. Một phần của chất lỏng
ngưng tụ được hoàn lưu về tháp ở đóa trên cùng. Một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp
được bốc hơi, còn lại cấu tử có nhiệt độ sôi cao trong chất lỏng ngày càng tăng. Cuối
cùng, ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng hầu hết là các cấu tử khó bay hơi (axit axetic).
Hỗn hợp lỏng ở đáy có nồng độ nước là 72% phần khối lượng, còn lại là axit axetic. Dung
dòch lỏng ở đáy đi ra khỏi tháp vào nồi đun (11). Trong nồi đun dung dòch lỏng một phần
sẽ bốc hơi cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc, phần còn lại ra khỏi nồi đun đi qua
thiết bò làm nguội sản phẩm đáy (12), được làm nguội đến 40
0
C, rồi được đưa qua bồn
chứa sản phẩm đáy (13).
Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là nước được thải bỏ, sản phẩm đáy
là axit axetic được giữ lại.
Trang 7
Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hoàng Minh Nam
Chương 3
CÂN BẰNG VẬT CHẤT
I. CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU :
Chọn loại tháp là tháp mâm xuyên lỗ.
Khi chưng luyện dung dòch axit axetic thì cấu tử dễ bay hơi là nước.
Hỗn hợp:



=⇒
=⇒
)mol/g(18MOH:Nước
)mol/g(60MCOOHCH:axeticAxit
N2

A3
 Năng suất nhập liệu: G
F
= 0.5 (m
3
/h)
 Nồng độ nhập liệu: x
F
= 92% (kg nước/ kg hỗn hợp)
 Nồng độ sản phẩm đỉnh: x
D
= 99.5% (kg nước/ kg hỗn hợp)
 Nồng độ sản phẩm đáy: x
W
= 72% (kg nước/ kg hỗn hợp)
 Chọn:
 Nhiệt độ nhập liệu: t
FV
= 25
o
C
 Trạng thái nhập liệu là trạng thái lỏng sôi.
Đối với thiết bò đun sôi đáy tháp :
 p suất hơi đốt : P
h
= 2.5at
Đối với thiết bò làm nguội sản phẩm đáy :
 Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi làm nguội: t
WR
= 40

o
C
 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi vào: t
V
= 25
o
C
 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi ra: t
R
= 35
o
C
Đối với thiết bò ngưng tụ sản phẩm đỉnh :
 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi vào: t
V
= 25
o
C
 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi ra: t
R
= 40
o
C
 Các ký hiệu:
 G
F
, F: suất lượng nhập liệu tính theo kg/h, kmol/h.
 G
D
, D: suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo kg/h, kmol/h.

 G
W
, W: suất lượng sản phẩm đáy tính theo kg/h, kmol/h.
 x
i
, x
i
: nồng độ phần mol, phần khối lượng của cấu tử i.
II. XÁC ĐỊNH SUẤT LƯNG SẢN PHẨM ĐỈNH và SẢN PHẨM
ĐÁY THU ĐƯC :
Tra bảng 1.249, trang 310, [5]
⇒ Khối lượng riêng của nước ở 25
o
C: ρ
N
= 996,5 (kg/m
3
)
Tra bảng 1.2, trang 9, [5]
⇒ Khối lượng riêng của axit axetic ở 25
o
C: ρ
AL
= 1042,75 (kg/m
3
)
Áp dụng trong công thức (1.2), trang 5, [5]:
75,1042
08.0
5,996

92,01
+=+=
A
FA
N
FN
hh
x
x
ρρρ
⇒ ρ
hh
= 1000 (kg/m
3
)
Năng suất nhập liệu : G
F
= 0,5 (m
3
/h)
×
1000 (kg/m
3
) = 500 (kg/h)
Trang 8
Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hoàng Minh Nam
Đun gián tiếp :




+=
+=
WWDDFF
WDF
xGxGxG
GGG
⇔
FD
W
WF
D
WD
F
xx
G
xx
G
xx
G
−
=
−
=
−
Nên : G
D
=
64,363500
725,99
7292

=
−
−
=
−
−
F
WD
WF
G
xx
xx
(kg/h)
Và: G
W
= G
F
– G
D
= 500 – 363,64 = 136,36 (kg/h)
III. XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HOÀN LƯU LÀM VIỆC :
1. Nồng độ phần mol:
=
−
+
=
−
+
=
60

92,01
18
92,0
18
92,0
1
A
F
N
F
N
F
F
M
x
M
x
M
x
x
0,9746 (mol nước/ mol hỗn hợp)
=
−
+
=
−
+
=
60
72,01

18
72,0
18
72,0
1
A
W
N
W
N
W
W
M
x
M
x
M
x
x
0,8955 (mol nước/ mol hỗn hợp)
=
−
+
=
−
+
=
60
955,01
18

995,0
18
995,0
1
A
D
N
D
N
D
D
M
x
M
x
M
x
x
0,9985 (mol nước/ mol hỗn hợp)
2. Suất lượng mol tương đối của dòng nhập liệu:
8955,09746,0
8955,09985,0
−
−
=
−
−
=
WF
WD

xx
xx
f
= 1,30215
3. Tỉ số hoàn lưu làm việc:
Trang 9
x
F
y
F
∗
Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hoàng Minh Nam
Hình 1: Đồ thò cân bằng pha của hệ Nước – Axit axetic
Dựa vào hình 1 ⇒ y
F
*
= 0,9819
Tỉ số hoàn lưu tối thiểu:
9746,09819,0
9819,09985,0
*
*
min
−
−
=
−
−
=
FF

FD
xy
yx
R
= 2,274
Tỉ số hoàn lưu làm việc: R = 1,3R
min
+ 0,3 = 3,2562
IV. XÁC ĐỊNH SUẤT LƯNG MOL CỦA CÁC DÒNG PHA :
Coi lưu lượng mol của các dòng pha đi trong mỗi đoạn tháp (chưng và luyện) là không đổi.
1. Tại đỉnh tháp:
Vì tại đỉnh tháp nồng độ phần mol của nước trong pha lỏng và pha hơi bằng nhau.
⇒ Khối lượng của pha hơi và pha lỏng tại đỉnh tháp là bằng nhau:
M
HD
= M
LD
= x
D
. M
N
+ (1 – x
D
). M
A

= 0,9985. 18 + (1 – 0,9985). 60 = 18,063 (kg/mol)
Suất lượng khối lượng của dòng hơi tại đỉnh tháp:
G
HD

= (R +1)G
D
= (3,2562 + 1). 363,64 = 1547,71 (kg/h)
Suất lượng mol của dòng hơi tại đỉnh tháp:
Trang 10
L
L
n
HD
n
HD
Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hoàng Minh Nam
n
HD
=
063,18
71,1547
=
HD
HD
M
G
= 85,684 (kmol/h)
Suất lượng khối lượng của dòng hoàn lưu:
G
L
= RG
D
= 3,2562 . 363,64 = 1184,07 (kg/h)
Suất lượng mol của dòng hoàn lưu:

L =
063,18
07,1184
=
LD
L
M
G
= 65,55 (kmol/h)
2. Tại mâm nhập liệu:
Khối lượng mol của dòng nhập liệu:
M
F
= x
F
. M
N
+ (1 – x
F
). M
A
= 0,9746.18 + (1 – 0,9746).60 = 19,067 (kg/kmol)
Suất lượng mol của dòng nhập liệu:
F =
067,19
500
=
F
F
M

G
= 26,223 (kmol/h)
Và: n
LF
= L = 65,55 (kmol/h)
n’
LF
= L + F = 65,55 + 26,223 = 91,773 (kmol/h)
n
HF
= n
HD
= 85,684 (kmol/h)
3. Tại đá y tháp:
Vì tại đáy tháp nồng độ phần mol của nước trong pha lỏng và pha hơi bằng nhau.
⇒ Khối lượng của pha hơi và pha lỏng tại đáy tháp là bằng nhau:
M
HW
= M
LW
= x
W
. M
N
+ (1 – x
W
). M
A

= 0,8955. 18 + (1 – 0,8955). 60 = 22,389 (kg/mol)

Suất lượng mol của dòng sản phẩm đáy:
W =
389,22
36,136
=
LW
W
M
G
= 6,09 (kmol/h)
Và: n
LW
= n’
LF
= 65,55 (kmol/h)
n
HW
= n
HF
= n
HD
= 85,684 (kmol/h)
Chương 4
Trang 11
n
LF
n’
LF
n
HF

n
HF
F
n
LW
W
n
HW
Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hoàng Minh Nam
TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT
Chọn hơi đốt là hơi nước ở 2,5at
Tra bảng 1.251, trang 314, [5]:
 Nhiệt hóa hơi:
OH
2
r
= r
n
= 2189500 (J/kg)
 Nhiệt độ sôi:
OH
2
t
= t
n
= 126,25 (
o
C)
Dòng sản phẩm tại đáy có nhiệt độ:
 Trước khi vào nồi đun (lỏng): t

S1
= 100,6315 (
o
C)
 Sau khi được đun sôi (hơi): t
S2
= 100,966 (
o
C)
Cân bằng nhiệt cho toàn tháp:
Q
đ
+ G
F
h
FS
= (R+1) G
D
r
D
+ G
D
h
DS
+ G
W
h
WS
+ Q
m

Giả sử Q
m
= 0,05Q
đ
⇒ 0,95Q
đ
= (R+1) G
D
r
D
+ G
D
(h
DS
– h
FS
) + G
W
(h
WS
– h
FS
)
• h
FS
= c
F
.t
FS
= [

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

r)x1(rx −+

Với x
F
= 0,9746 ⇒ t
FS
= 100,1524
o
C
x
W
= 0,8955⇒ t
WS
= 100,6315
o
C
x
D
= 0,9985 ⇒ t
DS
= 100,009
o
C
1.1. Nhiệt dung riêng:
Tra bảng 1.249, trang 310, [5]
Nhiệt dung riêng của nước ở 100,009
o
C = 4,220012 (kJ/kg.K)
Nhiệt dung riêng của nước ở 100,1524
o

C = 4,220198 (kJ/kg.K)
Nhiệt dung riêng của nước ở 100,6315
o
C = 4,220821 (kJ/kg.K)
Tra bảng 1.154, trang 172, [5]
Nhiệt dung riêng của axit axetic ở 100,009
o
C = 2,430047 (kJ/kg.K)
Nhiệt dung riêng của axit axetic ở 103,1524
o
C = 2,4308 (kJ/kg.K)
Nhiệt dung riêng của axit axetic ở 100,6315
o
C = 2,433315 (kJ/kg.K)
1.2. Enthalpy:
• h
FS
= ( 0,92 . 4,220198 + 0,08 . 2,4308 ) . 100,1524 = 408,326 (kJ/kg)
• h
WS
= ( 0,72 . 4,220821 + 0,28 . 2,433315 ) . 100,6315 = 374,381 (kJ/kg)
• h
DS
= ( 0,995 . 4,220012 + 0,005 . 2,430047 ) . 100,009 = 421,144 (kJ/kg)
1.3. Nhiệt hóa hơi:
Tra bảng 1.250, trang 312, [5]
Nhiệt hóa hơi của nước ở 100,009
o
C = r
N

= 2261,326 (kJ/kg)
Dùng toán đồ 1.65, trang 255, [5]
Nhiệt hóa hơi của axit axetic ở 100,009
o
C = r
A
= 100 (Kcal/kg) = 418,6 (kJ/kg)
Tra bảng 1.251, trang 314, [5]
Nhiệt hóa hơi của nước ở 2,5 at =
OH
2
r
= 2189,5 (kJ/kg)
Nên: r
D
= 0,995 . 2261,326 + 0,005 . 418,6 = 2252,112 (kJ/kg)
Nhiệt lượng cần cung cấp:
Trang 12
Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hoàng Minh Nam
Q
đ
=
95,0
)hh(G)hh(GrG)1R(
FSWSWFSDSDDD
−+−++
= 3481914,263 (kJ/h)
Nếu dùng hơi nước bão hòa (không chứa ẩm) để cấp nhiệt thì: Q
đ
=

OH
2
G
.
OH
2
r
Vậy lượng hơi nước cần dùng là :
OH
đ
OH
2
2
r
Q
G =
= 1590,278 (kg/h)
Thiết bò làm nguội sản phẩm đáy
Chọn:
 Nước làm lạnh đi trong ống trong với nhiệt độ vào t
V
= 25
o
C và nhiệt độ ra t
R
=
35
o
C.
 Sản phẩm đáy đi trong ống ngoài với nhiệt độ vào t

WS
= 100,6315
o
C và nhiệt độ ra
t
WR
= 40
o
C.
Cân bằng nhiệt: Q = G
W
(h
WS
– h
WR
) = G
n
(h
R
– h
V
)
Nhiệt dung riêng của nước ở 40
o
C = 4,178 (kJ/kg.K)
Nhiệt dung riêng của axit ở 40
o
C = 2,1(kJ/kg.K)
Nên: h
WR

= (0,72. 4,178 + 0,28. 2,1). 40 = 143,8464 (kJ/kg)
Tra bảng 1.250, p312, ST I ⇒ Enthalpy của nước ở 25
o
C : h
V
= 104,75 (kJ/kg)
⇒ Enthalpy của nước ở 35
o
C : h
R
= 146,65 (kJ/kg)
Lượng nhiệt trao đổi: Q = G
W
(h
WS
– h
WR
) = 31435,7 (kJ/h)
Suất lượng nước lạnh cần dùng:
VR
n
hh
Q
G
−
=
= 750,255 (kg/h)
Thiết bò ngưng tụ sản phẩm đỉnh
Chọn:
 Nước làm lạnh đi trong ống với nhiệt độ vào t

V
= 25
o
C và nhiệt độ ra t
R
= 40
o
C.
 Dòng hơi tại đỉnh đi ngoài ống với nhiệt độ ngưng tụ t
ngưng
= 100,009 (
o
C)
Cân bằng nhiệt: Q
nt
= (R + 1)G
D
r
D
= G
n
(h
R
– h
V
)
Nên: Q
nt
= (R + 1)Dr
D

= 3485616,314 (kJ/h)
Tra bảng 1.250, p312, ST I ⇒ Enthalpy của nước ở 25
o
C : h
V
= 104,75 (kJ/kg)
⇒ Enthalpy của nước ở 40
o
C : h
R
= 167,6 (kJ/kg)
Lượng nước cần dùng:
VR
nt
n
hh
Q
G
−
=
= 55459,3 (kg/h)
Thiết bò đun sôi dòng nhập liệu
Chọn:
 Dòng nhập liệu đi trong ống trong với nhiệt độ vào t
V
= t
FV
= 25
o
C và nhiệt độ ra t

R
= t
FS
= 100,1524
o
C.
 Hơi ngưng tụ đi trong ống ngoài có áp suất 2,5at:
 Nhiệt hóa hơi:
OH
2
r
= r
n
= 2189500 (J/kg)
 Nhiệt độ sôi:
OH
2
t
= t
n
= 126,25 (
o
C)
Tra bảng 1.249, trang 310, [5]
⇒ Nhiệt dung riêng của nước ở 25
o
C = 4,178(kJ/kg.K)
Tra bảng 1.154, trang 172, [5]
⇒ Nhiệt dung riêng của axit axetic ở 25
o

C = 2,0205 (kJ/kg.K)
Trang 13
Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hoàng Minh Nam
⇒ h
FV
= c
F
.t
FV
= [
AFNF
c)x1(cx −+
]t
FV
= (0,92. 4,178 + 0,08. 2,0205). 25
= 100,135 (kJ/kg)
Cân bằng nhiệt: Q = G
F
(h
FS
– h
FV
) = G
n
r
n
Nên: Q = G
F
(h
FS

– h
FV
) = 500.(408,326 – 100,135) = 154095,5 (kJ/h)
Lượng hơi đốt cần dùng:
n
n
r
Q
G =
= 70,3793 (kg/h)
Chương 5

TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH
(Tháp mâm xuyên lỗ)
Phương trình đường làm việc :
Phần luyện:
12562,3
9985,0
12562,3
2562,3
11 +
+
+
=
+
+
+
= x
R
x

x
R
R
y
D
= 0,765x + 0,2346
Phần chưng:
8955,0
12562,3
30215,11
12562,3
30215,12562,3
1
1
1
×
+
−
+
+
+
=
+
−
+
+
+
= xx
R
f

x
R
fR
y
W
= 1,071x – 0,06357
I. ĐƯỜNG KÍNH THÁP :
1. Phần luyện:
1.1. Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong phần luyện:
Nồng độ phần mol trung bình của pha lỏng trong phần luyện:
2
9746,09985,0
2
+
=
+
=
FD
L
xx
x
= 0,9865 (mol nước/ mol hỗn hợp)
Dựa vào hình 2
⇒ Nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần luyện: T
LL
= 100,08 (
o
C)
Nồng độ phần khối lượng trung bình của pha lỏng trong luyện:
2

92,0995,0
2
+
=
+
=
FD
L
xx
x
= 0,9575 (kg nước/ kg hỗn hợp)
Tra bảng 1.249, trang 310, [5]
⇒ Khối lượng riêng của nước ở 100,08
o
C: ρ
NL
= 958,341 (kg/m
3
)
Tra bảng 1.2, trang 9, [5]
⇒ Khối lượng riêng của axit axetic ở 100,08
o
C: ρ
AL
= 957,856 (kg/m
3
)
Áp dụng trong công thức (1.2), trang 5, [5]:
856,957
9575,01

341,958
9575,0
1
1 −
+=
−
+=
AL
L
NL
L
LL
xx
ρρρ
⇒ ρ
LL
= 958,32 (kg/m
3
)
1.2. Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần luyện:
Nồng độ trung bình của pha hơi trong phần luyện:
Trang 14
Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hoàng Minh Nam
y
L
= 0,765x
L
+ 0,2346 = 0,765 . 0,9865 + 0,2346 = 0,98927
Dựa vào hình 2
⇒ Nhiệt độ trung bình của pha hơi trong phần luyện: T

HL
= 100,092 (
o
C)
Khối lượng mol trung bình của pha hơi trong phần luyện :
M
HL
= y
L
. M
N
+ (1 – y
L
). M
A

= 0,98927.18 + (1 – 0,98927). 60 = 18,45 (kg/kmol)
Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần luyện:
)273092,100(
273
4,22
45,181
+×
×
==
HL
HL
HL
RT
PM

ρ
= 0,6027 (kg/m
3
)
Hình 2: Giản đồ T – x,y của hệ Nước – Axit axetic
1.3. Tính vận tốc pha hơi đi trong phần luyện:
Tra bảng IX.4a, trang 169, [6] :Với đường kính tháp trong khoảng 0,8 ÷ 0,9(m) thì
khoảng cách mâm là: ∆h = 300 (mm) = 0,3 (m)
Tra đồ thò 6.2, trang 256, [4] ⇒ C = 0,032
Vận tốc pha hơi đi trong phần luyện:
6027,0
32,958
032,0==
HL
LL
L
C
ρ
ρ
ω
= 1,276 (m/s)
1.4. Tính đường kính phần luyện:
Suất lượng mol của pha hơi trong phần luyện: n
HL
= n
HD
= 85,684 (kmol/h)
Trang 15
Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hoàng Minh Nam
Suất lượng thể tích của pha hơi trong phần luyện:

13600
)273092,100(
273
4,22
684,85
3600 ×
+××
=
×
=
P
RTn
Q
HLHL
HL
= 0,7286 (m
3
/s)
Đường kính phần luyện:
276,1
7286,04
4
×
×
==
ππω
φ
L
HL
L

Q
= 0,852657 (m)
2. Phần chưng:
Tính toán tương tự như phần luyện ⇒ ta có bảng kết quả sau:
x
c
x
C
T
LC
ρ
NC
ρ
AC
ρ
LC
0,935 0,82 100,39 958,111 957,298 957,96
y
c
T
HC
M
HC
ρ
HC
ω
C
Q
HC
φ

C
0,937815 100,533 20,612
0,6725
2 1,2077 0,7295 0.877
Vì φ
L
≈ φ
C
⇒ ta có thể lấy đường kính của toàn tháp là đường kính của phần chưng
Chọn φ = 0,85 (m)
Kết luận: đường kính tháp là φ = 0,85 (m)
Vận tốc pha hơi trong phần chưng và phần luyện theo thực tế:
22
85,0
7295,04
4
×
×
==
ππφ
ω
HC
C
Q
=1,285575 (m/s)
22
85,0
7286,04
4
×

×
==
ππφ
ω
HL
L
Q
=1,284 (m/s)
Trang 16
Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hoàng Minh Nam
Trang 17
Phần chưng
Số mâm lý thuyết : 7
Phần luyện
Đường chưng :
Y = 1,071x – 0,06357
Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hoàng Minh Nam
Hình 3: Đồ thò số mâm lý thuyết
II. CHIỀU CAO THÁP :
1. Phần luyện:
Dựa vào hình 3 ⇒ Số mâm lý thuyết phần luyện: n
ltL
= 19
1.1. Tính hiệu suất mâm:
Tại nhiệt độ trung bình của pha hơi trong phần luyện T
HL
= 100 092
o
C ,
• Tra bảng 1.250, trang 312, [5]

⇒ p suất hơi bão hòa của nước P
NL
= 1,03666 at = 761,945 (mmHg)
• Tra hình XXIII, trang 466, [4]
⇒ p suất hơi bão hòa của axit axetic P
AL
= 415,73 (mmHg)
Nên:
73,413
945,761
==
AL
NL
L
P
P
α
= 1,833
Tại nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần luyện T
LL
= 100,08
o
C ,
• Tra bảng 1.104, trang 96, [5] ⇒ Độ nhớt của nước µ
NL
= 0,2836344 (cP)
• Dùng toán đồ 1.18, trang 90, [5] ⇒ Độ nhớt của axit axetic µ
AL
= 0,4 (cP)
⇒ Độ nhớt của hỗn hợp lỏng:

lgµ
hh
= x
1
lgµ
1
+ x
2
lgµ
2
(công thức (I.12), trang 84, [5])
Nên: lgµ
L
= 0,9865. lg0,2836344+ (1 – 0,9865)lg0,4
⇒ µ
L
= 0,28495 (cP)
⇒ α
L
µ
L
= 0,5223
Trang 18
Phần luyện (phóng to)
Số mâm lý thuyết : 19
Đường luyện :
Y = 0,765x + 0,2346
Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hoàng Minh Nam
Tra hình 6.4, trang 257, [4] ⇒ E
L

= 0,56
Vì tháp có đường kính φ = 0,85m < 0,9m nên không cần hiệu chỉnh lại giá trò E
L
.
1.2. Tính số mâm thực tế phần luyện:
Số mâm thực: n
ttL
=
56,0
19
=
CL
ltL
E
n
= 33,928 ≈ 34
2. Phần chưng:
Tính toán tương tự như phần luyện ⇒ ta có bảng kết quả sau:
n
ltC
P
NC
P
AC
α
C
µ
NC
µ
AC

µ
C
7 774,847 422,66 1,833 0,2828406 0,398 0,2892
α
C
µ
C
E
C
n
ttC
n
ttC
quy tròn
0,53 0,55 12,727 13
3. Chiều cao tháp:
Số mâm thực tế của toàn tháp: n
tt
= n
ttL
+ n
ttC
= 34 + 13 = 47
Chiều cao thân tháp: H
thân
= (n
tt
–1)∆h + 1 = 13,8 (m)
Chọn đáy (nắp) ellip tiêu chuẩn có
φ

t
h
= 0,25 ⇒ h
t
= 0,25. 0,85 = 0,2125 (m)
Chọn chiều cao gờ: h
g
= 50mm = 0,05 (m)
Chiều cao đáy (nắp): H
đn
= h
t
+ h
g
= 0,2625 (m)
Kết luận:
Chiều cao toàn tháp: H = H
thân
+ 2H
đn
= 13,8 + 2 . 0,2625 = 14,325 (m)
III. TRỞ LỰC THÁP :
1. Cấu tạo mâm lỗ:
Chọn tháp mâm xuyên lỗ có ống chảy chuyền với:
 Tiết diện tự do bằng 8% diện tích mâm.
 Đường kính lỗ: d
lỗ
= 3mm = 0,003 (m).
 Chiều cao gờ chảy tràn: h
gờ

= 50mm = 0,05 (m).
 Diện tích của 2 bán nguyệt bằng 20% diện tích mâm.
 Lỗ bố trí theo hình lục giác đều.
 Khoảng cách giữa 2 tâm lỗ bằng 7mm.
 Mâm được làm bằng thép không gỉ X18H10T.
Số lỗ trên 1 mâm:
N =
2
2
003,0
85,0
08,008,0
%8






=








=
lỗlỗ

mâm
dS
S
φ
= 6422
Gọi a là số hình lục giác.
Áp dụng công thức (V.139), trang 48, [6]: N = 3a(a+1) +1
Giải phương trình bậc 2 ⇒ a = 46 ⇒ N = 6487 (lỗ)
Số lỗ trên đường chéo: b = 2a + 1 = 93 (lỗ)
Trang 19
Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hoàng Minh Nam
2. Trở lực của đóa khô:
p dụng công thức (IX.140), trang 194, [6]:
2
.'
P
H
2
k
ρω
ξ=∆
Đối với đóa có tiết diện tự do bằng 8% diện tích mâm thì ξ = 1,82
2.1. Phần luyện:
Vận tốc hơi qua lỗ: ω’
L
=
08,0
284,1
%8
=

L
ω
= 16,05 (m/s)
Nên: ∆P
kL
=
2
6027,0.05,16
82,1
2
= 141,284 (N/m
2
)
2.2. Phần cất:
Vận tốc hơi qua lỗ: ω’
C
=
08,0
285575,1
%8
=
C
ω
= 16,07 (m/s)
Nên: ∆P
kC
=
2
67252,0.07,16
82,1

2
= 158,044 (N/m
2
)
3. Trở lực do sức căng bề mặt:
Vì đóa có đường kính lỗ > 1mm
⇒ p dụng công thức (IX.142), trang 194, [6]:
2
lỗlỗ
d08,0d3,1
4
P
+
σ
=∆
σ
3.1. Phần luyện:
Tại nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần luyện T
LL
= 100,08
o
C
• Tra bảng 1.249, trang 310, [5]
⇒ Sức căng bề mặt của nước σ
NL
= 0,58834 (N/m)
• Tra bảng 1.242, trang 300, [5]
⇒ Sức căng bề mặt của axit σ
AL
= 0,019793 (N/m)

p dụng công thức (I.76), trang 299, [5]:
21
21
21
111
σ+σ
σσ
=σ⇒
σ
+
σ
=
σ
Nên:
19793,058834,0
019793,058834,0
×
×
=
LL
σ
= 0,01915 (N/m)
Cho ta:
2
003,008,0003,03,1
01915,04
×+×
×
=∆
L

P
σ
= 19,6374 (N/m
2
)
3.2. Phần chưng:
Tính toán tương tự như phần luyện ⇒ ta có bảng kết quả sau:
σ
NC
σ
AC
σ
LC
∆p
σ
C
0,5877356 0,019449 0,018826 19,30517
4. Trở lực thủy tónh do chất lỏng trên đóa tạo ra:
p dụng công thức trang 285, [4]:∆P
b
= 1,3h
b
Kρ
L
g
Với: h
b
= h
gờ
+ ∆h

l
3/2
gờ
L
l
KL85,1
Q
h








=∆
Trang 20
Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hoàng Minh Nam
Trong đó:
 L
gờ
: chiều dài của gờ chảy tràn, m
 K = ρ
b
/ρ
L
: tỷ số giữa khối lượng riêng chất lỏng bọt và khối lượng riêng của chất
lỏng, lấy gần bằng 0,5.
 Q

L
=
L
LL
M.n
ρ
: suất lượng thể tích của pha lỏng, m
3
/s.
Tính chiều dài gờ chảy tràn:
Ta có: S
quạt
- S
∆
= S
bán nguyệt
⇔
2
2
R
2
%20
2
cosR
2
sinR
2
1
.2
2

R
π=
αα
−α
⇔ α - sinα = 0,3π
Dùng phép lặp ⇒ α = 1,8915 (Rad)
Nên: L
gờ
= φsin
2
α
= 0,85. sin
2
8915,1
= 0,6893 (m)
4.1. Phần luyện:
Khối lượng mol trung bình của pha lỏng trong phần luyện:
M
LL
=
2
067,19063,18
2
+
=
+
FLD
MM
= 18,565 (kg/kmol)
Suất lượng mol của pha lỏng trong phần luyện: n

LL
= L = 65,55 (kmol/h)
Suất lượng thể tích của pha lỏng trong phần luyện:
Q
LL
=
360032,958
565,1855,65
.
×
×
=
LL
LLLL
Mn
ρ
= 3,5274.10
4−
(m
3
/s)
Nên:
3/2
4
5,06893,085,1
10.5274,3









××
=∆
−
lL
h
= 6,74.10
3−
(m)
Cho ta: ∆P
bL
= 1,3(h
gờ
+ ∆h
lL
)Kρ
LL
g
= 1,3.(0,05 +6,74.10
3−
). 0,5. 958,32. 9,81 = 346,7227 (N/m
2
)
4.2. Phần chưng:
Tính toán tương tự như phần luyện ⇒ ta có bảng kết quả sau:
M
LC

Q
LC
∆h
lC
∆p
bC
20,728 1,5761.10
4−
3,94.10
3−
329,481
Trang 21
L
gờ
R
α
Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hoàng Minh Nam
5. Tổng trở lực thuỷ lực của tháp:
Tổng trở lực của 1 mâm trong phần luyện của tháp là:
∆P
L
= ∆P
kL
+ ∆P
σ
L
+ ∆P
bL
= 141,284 + 19,6374 + 346,7227 = 490,4024 (N/m
2

)
Tổng trở lực của 1 mâm trong phần chưng của tháp là:
∆P
C
= ∆P
kC
+ ∆P
σ
C
+ ∆P
bC
= 158,044 + 19,30517 + 329,481 = 506,83017 (N/m
2
)
Kiểm tra hoạt động của mâm:
Kiểm tra lại khoảng cách mâm ∆h = 0,3m đảm bảo cho điều kiện hoạt động bình
thường của tháp: ∆h >
g
P
8,1
L
ρ
∆
Với các mâm trong phần chưng trở lực thuỷ lực qua 1 mâm lớn hơn trở lực thuỷ lực của
mâm trong phần luyện, ta có:
81,996,957
83017,506
8,18,1
×
=

∆
g
P
LC
C
ρ
= 0,097 < 0,3
⇒ Điều kiện trên được thỏa.
Kết luận:
Tổng trở lực thủy lực của tháp:
∆P = n
ttL
.∆P
L
+ n
ttC
∆P
C
= 34. 490,4024 + 13. 506,83017 = 23262,4738 (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 đònh theo biểu thức (5.20), trang 120, [2]:
h
d
= h
gờ
+ ∆h

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


=
, (mm.chất lỏng)
 Q
L
: lưu lượng của chất lỏng (m
3
/h).
 S
d
: tiết diện giữa ống chảy chuyền và mâm.
S
d
= 0,8 . S
mâm
= 0,8.
4
π
.0,85
2
= 0,454 (m
2
)
Để tháp không bò ngập lụt khi hoạt động thì: h
d
≤
2
1
∆h = 150 (mm)
6.1. Phần luyện:

 ∆h
lL
= 6,74.10
-3
(m) = 6,74 (mm)
 ∆p
L
=
1000
81,932,958
4024,490
1000
4024,490
×
×
=×
g
LL
ρ
= 52,164 (mm.chất lỏng)

2
4
2
'
454,0100
360010.5274,3
.128,0
.100
.128,0









×
×
=








=
−
d
LL
Ld
S
Q
h
= 10
4−
(mm.chất lỏng)

Trang 22
Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hoàng Minh Nam
Nên: h
dL
= 50 + 6,74 + 52,164 + 10
4−
= 108,9041 (mm) < 150 (mm)
Vậy: Khi hoạt động thì mâm ở phần luyện sẽ không bò ngập lụt.
6.2. Phần chưng:
 ∆h
lC
= 3,94.10
3−
(m) = 3,94 (mm)
 ∆P
C
=
1000
81,996,957
83017,506
1000
83017,506
×
×
=×
g
LL
ρ
= 53,932 (mm.chất lỏng)


2
4
2
'
454,0100
360010.5761,1
.128,0
.100
.128,0








×
×
=








=
−

d
LC
Cd
S
Q
h
=2.10
5−
(mm.chất lỏng)
Nên: h
dC
= 50 + 3,94 + 53,932 + 2.10
5−
= 107,872 (mm) < 150 (mm)
Vậy: Khi hoạt động thì mâm ở phần chưng sẽ không bò ngập lụt.
Kết luận: Khi hoạt động tháp sẽ không bò ngập lụt.
7. Kiểm tra tính đồng nhất của hoạt động của mâm.
Tính vận tốc tối thiểu qua lỗ của pha hơi v
min
đủ để cho các lỗ trên mâm đều hoạt động:
v
minC
= 0,67
67252,082,1
)10.94,305,0(96,95781,9
67,0
3
×
+××
=

−
HC
bCLC
hg
ξρ
ρ
= 13,635 < 16,07
v
minL
= 0,67
6027,082,1
)10.74,605,0(32,95881,9
67,0
3
×
+××
=
−
HC
bCLC
hg
ξρ
ρ
= 14,775 < 16,05
⇒ Các lỗ trên mâmđều hoạt động.
IV. BỀ DÀY THÁP :
1. Thân tháp:
Vì tháp hoạt động ở áp suất thường nên ta thiết kế thân hình trụ bằng phương pháp hàn
hồ quang điện, kiểu hàn giáp mối 2 phía. Thân tháp được ghép với nhau bằng các mối
ghép bích.

Vì tháp hoạt động ở nhiệt độ cao (>100
o
C) nên ta phải bọc cách nhiệt cho tháp.
Để đảm bảo chất lượng của sản phẩm và khả năng ăn mòn của axit axetic đối với thiết bò,
ta chọn thiết bò thân tháp là thép không gỉ mã X18H10T.
1.1. Các thông số cần tra và chọn phục vụ cho quá trình tính toán:
 Nhiệt độ tính toán:
Từ x
WN
= 0,8955, Dựa vào hình 2
⇒ Nhiệt độ sôi của pha lỏng T
SL
= 100,6315 (
o
C)
Nhiệt độ sôi của pha hơiT
SH
= 100,966 (
o
C)
⇒ t
max
=100,966
o
C)
Tra bảng 1.249, trang 310, [5]
⇒ Khối lượng riêng của nước ở 100,966
o
C: ρ
N

= 957,2755 (kg/m
3
)
Tra bảng 1.2, trang 9, [5]
⇒ Khối lượng riêng của axit axetic ở 100,966
o
C: ρ
A
= 956,2612(kg/m
3
)
Áp dụng trong công thức (1.2), trang 5, [5]:
2612,956
72,01
2755,957
72,0
1
1 −
+=
−
+=
A
W
N
W
LW
xx
ρρρ
⇒ ρ
LW

= 956,9913 (kg/m
3
)
⇒ t = t
max
+ 20
o
C = 100,966 + 20 = 120,966 (
o
C)
Trang 23
Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hoàng Minh Nam
 Áp suất tính toán:
Vì tháp hoạt động ở áp suất thường nên: P = P
thủy tónh
+ ∆P
Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong toàn tháp:
ρ
L
=
2
96,95732,958
2
+
=
+
LCLL
ρρ
= 958,14(kg/m
3

)
Nên: P

= ρ
L
gH = 958,14 . 9,81 . 14,325 + 23262,4738
= 157908,21 (N/m
2
) = 0,1579(N/mm
2
)
 Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường:
Vì môi trường axit có tính ăn mòn và thời gian sử dụng thiết bò là trong 20 năm
⇒ C
a
= 1. 2 = 2 (mm)
 Ứng suất cho phép tiêu chuẩn:
Vì vật liệu là X18H10T ⇒ [σ]
*
= 140 (N/mm
2
) (Hình 1.1, trang 18, [7])
 Hệ số hiệu chỉnh:
Vì thiết bò có bọc lớp cách nhiệt ⇒ η = 0,95 (trang 26, [7])
 Ứng suất cho phép: [σ] = η [σ]
*
= 133 (N/mm
2
)
 Hệ số bền mối hàn:

Vì sử dụng phương pháp hàn hồ quang điện, kiểu hàn giáp mối 2 phía
⇒ ϕ
h
= 0,95 (Bảng XIII.8, trang 362, [6])
1.2. Tính bề dày:
Ta có:
95,0
1579,0
133][
×=
h
P
ϕ
σ
= 800,19 > 25
⇒ S’ =
95,01332
1579,0850
][2 ××
×
=
h
P
ϕσ
φ
= 0,5311 ⇒ S’ + C
a
= 0,5311 + 2 = 2,5311 (mm)
Quy tròn theo chuẩn: S = 3 (mm) (Bảng XIII.9, trang 364, [6])
Bề dày tối thiểu: S

min
= 3 (mm) (Bảng 5.1, trang 128, [7])
⇒ Bề dày S thỏa điều kiện.
1.3. Kiểm tra độ bền:
Điều kiện:
1,0
CS
a
≤
φ
−
⇔
1,0
850
23
≤
−
⇔ 0,001176 ≤ 0,1 (thỏa)
Nên:
)23(850
)23(95,01332
)(
)(][2
][
−+
−×××
=
−+
−
=

a
ah
CS
CS
P
φ
ϕσ
= 0,297 > P= 0,1579 (thỏa)
Kết luận: S = 3 (mm)
2. Đáy và nắp:
Chọn đáy và nắp có dạng hình ellip tiêu chuẩn, có gờ, làm bằng thép X18H10T
Chọn bề dày đáy và nắp bằng với bề dày thân tháp: S = 3 (mm).
Trang 24
Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hoàng Minh Nam
Kiểm tra điều kiện:







≥
−+
−ϕσ
=
≤
−
P
)CS(R

)CS(][2
]P[
125,0
D
CS
at
ah
t
a
Trong đó: D
t
= φ
Vì đáy và nắp có hình ellip tiêu chuẩn với
25,0
D
h
t
t
=
⇒ R
t
= D
t
⇒ Điều kiện trên được thỏa như đã kiểm tra ở phần thân tháp.
Kết luận: Kích thước của đáy và nắp:
 Đường kính trong: D
t
= φ = 850 (mm)
 h
t

= 212,5 (mm)
 Chiều cao gờ: h
gờ
= 50 (mm)
 Bề dày: S = 3 (mm)
 Diện tích bề mặt trong: S
bề mặt
= 0,92 (m
2
) (Bảng XIII.10, trang 382, [6])
V. BỀ DÀY MÂM :
1. Các thông số cần tra và chọn phục vụ cho quá trình tính toán:
 Nhiệt độ tính toán: t = t
max
= 100,966 (
o
C)
 Áp suất tính toán: P = P
thủy tónh
+ P
gờ
Chọn bề dày gờ chảy tràn là 3mm.
Thể tích của gờ chảy tràn:
V = 0,6893. (50 + 50 + 300 – 20). 3. 10
-6
= 7,858.10
4−
(m
3
)

Tra bảng XII.7, trang 313, [6]
⇒ Khối lượng riêng của thép X18H10T là: ρ
X18H10T
= 7900 (kg/m
3
)
Khối lượng gờ chảy tràn: m = Vρ
X18H10T
= 6,2078 (kg)
Áp suất do gờ chảy tràn tác dụng lên mâm tròn:
4
mg
P
2
gờ
φ
π
=
= 107,32 (N/m
2
)
Khối lượng riêng của chất lỏng tại đáy tháp: ρ
LW
= 956,9913(kg/m
3
)
Áp suất thủy tónh:
P
thủy tónh
= ρ

LW
g .(h
gờ
+ ∆h
lC
)
= 956,9913 . 9,81 . (0,05 + 3,94.10
3−
) = 506,3933 (N/m
2
)
⇒ P = 506,3933 + 107,32 = 613,71 (N/m
2
) = 6,137.10
4−
(N/mm
2
)
 Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường:
Vì môi trường axit có tính ăn mòn và thời gian sử dụng thiết bò là trong 20 năm
⇒ C
a
= 1. 2 = 2 (mm)
 Ứng suất cho phép tiêu chuẩn:
Vì vật liệu là X18H10T ⇒ [σ]
*
= 140 (N/mm
2
) (Hình 1.1, trang 18, [7])
 Hệ số hiệu chỉnh: η = 1 (trang 26, [7])

 Ứng suất cho phép: [σ] = η [σ]
*
= 140 (N/mm
2
)
 Môđun đàn hồi: E =199990 (N/mm
2
) (Bảng 2.12, trang 45, [7])
 Hệ số Poisson: µ = 0,33 (Bảng XII.7, trang 313, [6])
Trang 25