Tính toán, thiết kế hệ thống tháp mâm chóp dùng để chưng cất hỗn hợp cloroform cacbontetraclorua

1
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐHCN TP.HỒ CHÍ
MINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
__________________
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN HỌC PHẦN
KHOA: CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC
BỘ MÔN: MÁY & THIẾT BỊ
HỌ VÀ TÊN: Bùi Ngọc Thơ MSSV: 10224731 LỚP:
DHHD6B
1. Tên đồ án:
Tính toán, thiết kế hệ thống tháp mâm chóp dùng để chưng cất hỗn hợp
Cloroform - Cacbontetraclorua
2. Nhiệm vụ đồ án (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu)
Năng suất 7500kg/ngày (theo sản phẩm đỉnh)
Thành phần phần mol cloroform trong dòng nhập liệu 20% mol
Quá trình thu hồi được 90% lượng cloroform trong dòng nhập liệu
Sản phẩm đỉnh có thành phần cloroform 90% khối lượng
Tổng quan nguyên liệu, quá trình chưng cất
Tính toán công nghệ (cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng, điều kiện làm
việc….)
Xác định kích thước thiết bị. Lựa chọn vật liệu chế tạo, tính bền cho thiết bị (đáy,
nắp, mặt bích, thân, chân đỡ, tai treo….)
Tính toán, chọn các thiết bị phụ trang bị cho hệ thống (Bơm, bồn cao vị, thiết bị
trao đổi nhiệt, nồi đun, hệ thống đường ống….)
2
Vẽ sơ đồ nguyên lý làm việc hệ thống, cấu tạo chi tiết thiết bị chính (bản vẽ A1)
Các thông số khác sinh viên tự chọn cho phù hợp
3. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 19/05/2013

4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ:14/07/2013
5. Họ và tên người hướng dẫn: Lê Văn Nhiều
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013
TỔ TRƯỞNG BỘ MÔN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)
Trần Hoài Đức Lê Văn Nhiều
3
LỜI CẢM ƠN
















4
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Phần đánh giá:
• Ý thức thực hiện:
• Nội dung thực hiện:
• Hình thức trình bày:
• Tổng hợp kết quả:
Điểm bằng số: Điểm bằng chữ:
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm
Giáo viên hướng dẫn
5
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN








Phần đánh giá:
• Ý thức thực hiện:
• Nội dung thực hiện:
• Hình thức trình bày:
• Tổng hợp kết quả:
Điểm bằng số: Điểm bằng chữ:
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2010

Giáo viên phản biện
6
MỤC LỤC
7
MỤC LỤC BẢNG BIỂU VÀ BIỂU ĐỒ
8
LỜI MỞ ĐẦU
Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển đóng góp to lớn cho nền công
nghiệp nước ta nói riêng và thế giới nói chung. Một trong những ngành có đóng
góp vô cùng to lớn đó là ngành công nghiệp hoá học, đặc biệt là ngành sản xuất
các hoá chất cơ bản.
Hiện nay, các ngành công nghiệp cần sử dụng rất nhiều hoá chất có độ tinh khiết
cao. Nhu cầu này đặt ra cho các nhà sản xuất hoá chất sử dụng nhiều phương
pháp để nâng cao độ tinh khiết của sản phẩm như : trích ly, chưng cất, cô đặc, hấp
thu … Tuỳ theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp
cho phù hợp. Đối với hệ cloroforme – carbontetraclorua là hệ 2 cấu tử tan lẫn vào
nhau, ta chọn phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho cloroforme.
Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị là một môn học mang tính tổng hợp trong
quá trình học tập của các kỹ sư Công nghệ Hoá học tương lai. Môn học này giúp
sinh viên có thể tính toán cụ thể : quy trình công nghệ, kết cấu, giá thành của một
thiết bị trong sản xuất hoá chất - thực phẩm. Đây là lần đầu tiên sinh viên được
vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết các vấn đề kỹ thuật thực tế một cách
tổng hợp.
Nhiệm vụ của đồ án là thiết kế tháp mâm chóp để chưng cất hỗn hợp Cloroforme
– Carbontetraclorua ở áp suất thường với năng suất theo sản phẩm
đỉnh(Cloroforme) 7500 kg/ngày có nổng độ 90% phần khối lượng cloroforme,
Thành phần phần mol cloroform trong dòng nhập liệu 20% mol. Quá trình thu hồi
được 90% lượng cloroform trong dòng nhập liệu. Sản phẩm đỉnh có thành phần
cloroform 90% khối lượng
9

TỒNG QUAN
1. LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT:
1.1. Khái niệm:
Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của 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 (nghĩa là khi ở cùng nhiệt độ, áp suất hơi bão hoà 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.
Chưng cất và cô đặc khá giống nhau, tuy nhiên sự khác nhau căn bản nhất của 2
quá trình này là trong quá trình chưng cất dung môi và chất tan đều bay hơi
(nghĩa 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 sẽ thu
được 2 sản phẩm : Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn (nhiệt độ
sôi nhỏ) Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi nhỏ (nhiệt độ sôi lớn)
Đối với hệ cloroforme – carbontetraclorua. Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm
cloroforme và một ít carbontetraclorua.Sản phẩm đáy chủ yếu là
carbontetraclorua và một ít cloroforme.
1.2. Phương pháp chưng cất :
Các phương pháp chưng cất được phân loại theo :
10
− Áp suất làm việc :
− Áp suất thấp
− Áp suất thường
− Áp suất cao
Nguyên tắc làm việc :

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 lí làm việc :
− Chưng một bậc
− Chưng lôi cuốn theo hơi nước
− Chưng cất:
• Cấp nhiệt ở đáy tháp :
• Cấp nhiệt trực tiếp
• Cấp nhiệt gián tiếp
Vậy : Đối với hệ cloroforme – carbontetraclorua , ta chọn phương pháp chưng cất
liên tục ở áp suất thường.
1.3. Thiết bị chưng cất :
Trong sản xuất, người ta thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để tiến
hành chưng cất. Tuy nhiên, yêu cầu cơ bản chung của các thiết bị vẫn giống nhau
nghĩa là diện tích 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
11
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 đượ cho tiếp xúc với nhau.
Tuỳ theo cấu tạo của đĩa, ta có :
− Tháp mâm chóp : trên mâm bố trí có chóp dạng tròn, xupap, ….
− 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 sau : xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự.
12
Bảng 1.1. So sánh ưu nhược điểm của các loại tháp :
Tháp chêm Tháp mâm xuyên lỗ Tháp 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 định.
- Hiệu suất cao.
Nhược
điểm
- Do có hiệu ứng thành → hiệu
suất truyền khối thấp.
- Độ ổn định không cao, khó vận
hành.
- Do có hiệu ứng thành → khi tăng
năng suất thì hiệu ứng thành tăng
→ khó tăng năng suất.
- Thiết bị 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 :qua phân tích trên ta sử dụng tháp mâm chóp để chưng cất hệ cloroforme –
carbontetraclorua .

2. GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU:
2.1. Cloroforme:
Clorofom, hay còn gọi là tricloromêtan và mêtyl triclorua, và một hợp chất
hoá học thuộc nhóm trihalomêtan có công thức C H Cl
3
. Nó không cháy trong
không khí, trừ khi tạo thành hỗn hợp với các chất dễ bắt cháy hơn. Người ta sử
13
dụng clorofom làm chất phản ứng và dung môi. Clorofom còn là một chất độc với
môi trường.
Các tính chất vật lý của cloroforme:
• Khối lượng phân tử: 119,5g/mol
• Tỷ trọng : 1,48g/cm
3
• Điểm sôi : 61,2
0
C
• Độ hòa tan trong nước: 8g/1 lít nước ở 20
0
C
Carbontetraclorua:
Cacbon tetraclorua hay tetraclorua cacbon là một hợp chất hóa
học có công thức hóa học CCl4. Người ta sử dụng chủ yếu hợp chất này làm chất
phản ứng trong tổng hợp hữu cơ. Trước đây nó còn làm chất dập lửa và làm chất
làm lạnh. Đây là một chất lỏng không màu có mùi "thơm".Theo danh pháp
IUPAC, hợp chất này có hai tên gồm cacbon tetraclorua và tetraclomêtan. Người
ta còn gọi nó một cách thông tục là "cacbon tet".
2.2. Các tính chất vật lý của carbontetraclorua :
• Khối lượng phân tử: 154g/mol
• Tỷ trọng: 1,58g/cm

3
(lỏng)
• Điểm sôi: 76,72
0
C
• Độ hòa tan trong nước: 800mg/l ở 25
0
C
3. ĐIỀU CHẾ:
3.1. Cloroforme :
Trong công nghiệp, người ta điều chế clorofom bằng đốt nóng hỗn
hợp clo và clomêtan hay mêtan. Ở nhiệt độ 400-500 °C, phản ứng halogen hóa
14
gốc tự do diễn ra, chuyển mêtan hay clomêtan dần dần thành các hợp chất clo
hóa.
- CH
4
+ Cl
2
→ CH
3
Cl + HCl
- CH
3
Cl + Cl
2
→ CH
2
Cl
2

+ HCl
- CH
2
Cl
2
+ Cl
2
→ CHCl
3
+ HCl
Tiếp tục phản ứng clo hóa, clorofom chuyển thành CCl
4
:
- CHCl
3
+ Cl
2
→ CCl
4
+ HCl
Hỗn hợp sản phẩm sau phản ứng gồm 4 chất: clomêtan, diclomêtan, clorofom
(triclomêtan), và cácbon tetraclorua, chúng tách ra qua quá trình chưng cất.
3.2. Carbontetraclorua:
hiện nay chủ yếu được tổng hợp từ mêtan:
- CH
4
+ 4 Cl
2
→ CCl
4

+ 4HCl
Việc sản xuất nó thường tận dụng các phụ phẩm của các phản ứng clo
hóa khác, chẳng hạn như tổng hợp diclorometan và cloroform. Các clorocacbon
cao hơn cũng có thể dùng để "phân hủy bằng clo":
- C
2
Cl
6
+ Cl
2
→ 2 CCl
4
Trước thập niên 1950, cacbon tetraclorua được sản xuất bằng clo
hóa cacbon disulfua ở 105-130 °C:
- CS
2
+ 3Cl
2
→ CCl
4
+ S
2
Cl
2
x (phân 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
15
mol)
y ( phân
mol)
0

0.13
5
0.26
5
0.39
5
0.5
2
0.63
5
0.72
5
0.8
1
0.88
5
0.9
5
1
t (
o
C) 76.8 74.7 72.6 70.6
68.
6
66.9 65.3
63.
9
62.6
61.
5

60.
8
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Hỗn hợp Cloroforme – Carbontetraclorua có nồng độ Cloroforme là 20%
(phần mol), nhiệt độ nguyên liệu lúc đầu là 300C tại bình chứa nguyên liệu (1),
được bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3). Dòng nhập liệu được gia nhiệt tới nhiệt độ
sôi trong thiết bị truyền nhiệt ống chùm(4). Sau đó hỗn hợp được đưa vào tháp
chưng cất (6) ở đĩa nhập liệu và bắt đầu quá trình chưng cất. Lưu lượng dòng
nhập liệu được kiểm soát qua lưu lượng kế (5).
Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn luyện của
tháp chảy xuống. Trong tháp, hơi đi dưới lên gặp lỏng đi 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 phía dưới càng giảm nồng độ các cấu tử dễ bay hơi vì đã bị
pha hơi tạo nên từ nồi đun (10) lôi cuốn cấu tữ dễ bay hơi.Càng lên trên nhiệt độ
càng thấp, nên khi hơi đi qua các đĩa từ dưới lên thì cấu tử có nhiệt độ sôi cao là
carbontetraclorua sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp có
cấu tử cloroforme chiếm nhiều nhất (nồng độ 90% phần khối lượng). Hơi này đi
vào thiết bị ngưng tụ (7) được ngưng tụ hoàn toàn. Một phần chất lỏng ngưng tụ
đi qua thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh (8), được làm nguội bằng thiết bị trao đổi
nhiệt ống lồng ống(8) rồi được đưa qua bồn chứa sản phẩm đỉnh (9). Phần còn lại
16
của chất lỏng ngưng tụ được hoàn lưu về tháp ở đĩa trên cùng với tỉ số hoàn lưu
thích hợp và được kiểm soát bằng lưu lượng kế(5). Cuối cùng ở đáy tháp ta thu
được hỗn hợp lỏng hầu hết là cấu tử khó bay hơi (Carbontetraclorua). Hỗn hợp
lỏng ở đáy có nồng độ Carbontetracloruae là 99% phần khối lượng, còn lại là
Cloroformee. Dung dịch lỏng ở đáy đi ra khỏi tháp vào nồi đun (10). 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 cho qua thiết bị làm nguội sản phẩm đáy
(13) rồi đi vào thiết bị làm nguội sản phẩm đáy(12) sau đó vào bồn chứa sản
phẩm đáy(13).

Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là Cloroforme, sản phẩm
đáy là Carbontetraclorua
17
Ngu? i v?
Bùi Ng?c Tho
GVHD
b?n v? :
QUY TRÌNH CÔNG NGH?
t? l?
BV s? : 2
Ð? ÁN MÔN H? C QUÁ TRÌNH VÀ THI?T B? :
THI? T K? THÁP MÂM CHÓP CHU NG C? T H? HAI CÂU T?
CACBONTETRACLORUA - CLOROFORME
TRU ? NG Ð? I H? C CÔNG NGHI?P TPHCM
KHOA MÁY THI? T B?
P
4
5
SÔ ÑOÀ QUY TRÌNH COÂNG NGHEÄ
P
? ng chùm
? ng chùm
? ng chùm
? ng l?ng ?ng
? ng l?ng ?ng
S? lu ?ng
1
1
1
1

1
1
1
1
1
1
2
2
2
14
1
14
thi?t b? gia nhi?t
1
2
3
6
7
8
9
10
11
13
12
T
T P
GHI CHÚ
STT
Tên g? i
1

2
3
4
5
6
9
10
11
7
8
B?n ch? a nguyên li?u
Bom
B?n cao v?
Thi?t b? gia nhi?t nh?p li?u
Luu lu?ng k?
Tháp chung c?t
Thi?t b? ngung t?
Thi?t b? làm ngu? i s?n ph?m d?nh
B?n ch?a s?n ph?m dáy
Thi?t b? dun sôi dáy tháp
B?y hoi
B?n ch?a s?n ph?m dáy
Thi?t b? làm ngu? i s?n ph?m dáy
12
13
Ð?c tính k? thu?t
Ly tâm
Hình 2.1 quy trình công nghệ
18
CÂN BẰNG VẬT CHẤT

1. CÁC THÔNG SỐ BAN DẦU:
Chọn loại tháp là tháp mâm chóp.
Khi chưng luyện hỗn hợp Cloroforme – Carbontetraclorua thì cấu tử dễ
bay hơi là Cloroforme.
Hỗn hợp
- Năng suất D= 312,5kg/h (theo sản phẩm đỉnh)
- Thành phần phần mol cloroform trong dòng nhập liệu x
F
= 20% mol
- Quá trình thu hồi được h
S
= 90% lượng cloroform trong dòng nhập
liệu
- Sản phẩm đỉnh có thành phần cloroform = 90% khối lượng
- Chọn:
• Nhiệt độ nhập liệu: t
f
=73
0
C
• Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi làm nguội: t
WR
=35
0
C
• Nhiệt độ lạnh vào: t
v
=20
0
C

• Nhiệt độ lạnh ra: t
r
= 40
0
C
19
2. TÍNH TOÁN CÁC THÔNG XUẤT LƯỢNG CẦN THIẾT:
921,0
154
9,01
5,119
9,0
5,119
9,0
1
43
3
=
−
+
=
−
+
=
CCL
D
CHCL
D
CHCl
D

D
M
x
M
x
M
x
x
M
D
=x
D
.M
CHCL3
+ (1- x
D
).M
CCl4
= 0,921.119,5 + (1-0,921).154 = 122,2 kg/kmol
Phương trình cân bằng vật chất:



+=
+=
WDF
xWxDxF
WDF

Ta có :

Vậy W=F-D =13,08 – 2,56 = 10,52 kmol
Thay vào phương trình cân bằng vật chất x
w
= 0,0248
M
F
=x
F
.M
CHCl3
+ (1-x
F
).M
CCl4
= 0,2.119,5 + (1-0.2).154 = 147,1 kg/kmol
M
W
=x
W
.M
CHCl3
+ (1- x
W
).M
CCl4
= 0,0248. 119,5 + (1-0,0248).154 =153,14
kg/kmol
20
F
= 1923 kg/h

D
= 312,5 kg/h
W
= 1610 kg/h
F = 13,08 kmol/h D = 2,556 kmol/h W =10,52 kmol/h
162.0
=
F
x
9,0=
D
x
0248,0
=
W
x
2.0
=
F
x
921,0=
D
x
0194,0
=
W
x
3. XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ HOÀN LƯU THÍCH HỢP:
3.1. Chỉ số hoàn lưu tối thiểu:
Tỉ số hoàn lưu tối thiểu là chế độ làm việc mà tại đó ứng với số mân lý thuyết là

vô cực. Do đó, chi phí cố định là vô cực nhưng chi phí điều hành (nhiên liệu,
nước bơm, năng lượng, vật liệu…) là tối thiểu,
Hình 2.2 : cân bằng pha của hệ 2 cấu tử Cloroforme – Carbontetraclorua
Dựa vào hình 1 ta có xF = 0,2⇒ yF* = 0,265
Tỷ số hoàn lưu tối thiểu :
1,10
2,0265,0
265,0921,0
*
*
min
=
−
−
=
−
−
=
FF
FD
xy
yx
R
Tỉ số hoàn lưu làm việc theo công thức kinh nghiệm R = (1,2 – 2,5) Rmin
Nên 12<R<25
21
Và công thức R=1,3.Rmin +0,3 =13.4
Với S – là tiết diện ngang của tháp; H – chiều cao tháp. Mặt khác diện tích
tiết diện thấp tỉ lệ với lượng hơi, lượng hơi này lại tỉ lệ với lượng hoàn lưu hay S
tỉ lệ với R. Chiều cao tháp tỉ lệ với số đĩa lý thuyết Nlt. Vậy thể tích tháp tỉ lệ với

giá trị Nlt.(R+1). Lần lượt cho các giá trị R và thể tích tháp, ứng với giá trị nào
nhỏ nhất của thể tích tháp thì R đó là tỉ số hoàn lưu tối ưu.
R 12 13 14 15 16 17
số mâm 33 28 27 24 24 23
(Nlt+1)R 408 377 392 375 400 408
Biểu diển trên đồ thị:
Hình 2.3. đồ thị quan hệ thể tích thiết bị và chỉ số hoàn lưu
Theo đồ thị thì tỉ số hồi lưu thích hợp là R=15
4. PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC VÀ SỐ MÂM LÝ THUYẾT:
4.1. Phương trình đường làm việc của đoạn cất:
0575,09375,0
115115
15
11
+=
+
+
+
=
+
+
+
=
x
x
x
R
x
x
R

R
y
d
D
4.2. Phương trình làm việc đoạn chưng:
y =
x
R
fR
1+
+
+
1
1
+
−
R
f
xw =1,257x-0,00639
Với
11,5
34,61
314
===
D
F
f
22
Hình 2.4 : đồ thị xác định số mâm lý thuyết chưng hệ Cloroforme –
Carbontetraclorua tại P= 1atm.

4.3. Số mâm lý thuyết:
xác định số đĩa lý thuyết:
dựng đường làm việc của tháp bao gồm đường làm việc phần cất và phần chưng.
Trên đồ thị y – x ta lần lượt vẽ các đường bật thang từ đó xác định được số mâm
lý thuyết lấy tròn là 23 mân
từ đồ thị, ta có 23 mâm bao gồm
5. XÁC ĐỊNH SỐ MÂN THỰC TẾ:
có nhiều phương pháp xác định số mâm thực của tháp, ngoại trừ các ảnh
hưởng của thiết kế cơ khí tháp thì ta có thể xác định số mâm thực dựa vào hiệu
suất trung bình:
N
t
= N
lt
/η
tb
Trong đó: N
t
– số đĩa thực tế, N
lt
- số đĩa lý thuyết, η
tb
– hiệu suất trung bình của
thiết bị
η
tb
=
n
nnnn
n

++++

321
Trong đó n
i
- hiệu suất của các bậc thay đổi nồng độ, n - số vị trí tính hiệu suất
Trong trường hợp này ta tính
η
tb
=
3
WFD
nnn
++
23
Với
D
n
F
n
W
n
- lần lượt là hiệu suất ở đĩa trên cùng, hiệu suất ở đĩa nhập liệu và
hiệu suất ở đĩa dưới cùng
Xác định
D
n

ta có: T
đ

(nhiệt độ đỉnh tháp) = 62
0
C, x
D
= 0,921 suy ra y
D
= 0,96 sử dụng bảng
I.101 trang 91- [1] tra và nội suy các giá trị độ nhớt µ
CHCl3
= 0,387.10
-3
N.s/m
2
,
µ
CCl4
= 0,472.10
-3
N.s/m
2
.
Độ nhớt của hỗn hợp lg µ
hh
= x
D
.lgµ
CHCl3
– (1- x
D
).lg µ

CCl4
(theo công thức I.12
trang 84 [1])  µ
hh
= 0,393. 10
-3
N.s/m
2
(= 0.393cP)
Và độ bay hơi tương đối
x
x
y
y
−
−
=
1
.
1
α
=
921.0
921.01
.
96.01
96.0
−
−
 α. µ

hh
= 2,08.0,316 = 0,82, theo hình IX.11 trang 171 – [1] thì
D
n
= 0,52
Xác định
F
n
, tương tự như trên ta có:
T
F
(nhiệt độ đĩa nhập liệu) = 73
0
C, x
f
= 0,2 suy ra y
D
= 0,265 sử dụng bảng I.101
trang 91 -[1] tra và nội suy các giá trị độ nhớt µ
CHCl3
= 0,384.10
-3
N.s/m
2
, µ
CCl4
=
0,0.51.10
-3
N.s/m

2
.
Độ nhớt của hỗn hợp lg µ
hh
= x
D
.lgµ
B
– (1- x
D
).lg µ
T
(theo công thức I.12 trang
84 [1])  µ
hh
= 0,496. 10
-3
N.s/m
2
(= 0,496 cP)
24
Và độ bay hơi tương đối
x
x
y
y
−
−
=
1

.
1
α
=
2.0
2.01
.
265.01
265.0
−
−
 α. µ
hh
= 1,44.0,496 = 0,714, theo hình IX.11 trang 171[1] thì
D
n
= 0,53
Xác định
w
n
, tương tự như trên ta có:
T
w
(nhiệt độ đĩa dưới cùng) = 77
0
C, x
w
= 0,0248 suy ra y
D
= 0,0335 sử dụng bảng

I.101 trang 91 [1] tra và nội suy các giá trị độ nhớt µ
CHCl3
= 0,342.10
-3
N.s/m
2
,
µ
CCl4
= 0,495.10
-3
N.s/m
2
.
Độ nhớt của hỗn hợp lg µ
hh
= x
D
.lgµ
B
– (1- x
D
).lg µ
T
(theo công thức I.12 trang
84
[ ]
5
)  µ
hh

= 0,491. 10
-3
N.s/m
2
(= 0,491 cP)
Và độ bay hơi tương đối
x
x
y
y
−
−
=
1
.
1
α
=
0248.0
0248.01
.
0335.01
0335.0 −
−
 α. µ
hh
= 1,36.0,491 = 0,668 theo hình IX.11 trang 171[1] thì
D
n
= 0.55

η
tb
=
3
WFD
nnn
++
=
3
55,052,053,0
++
= 0.533
Suy ra số mâm thực :
N
t
= N
lt
/η
tb
= 23/0,5333 = 43,125 lấy tròn 44 mâm
25
CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG
1. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO THIẾT BỊ NGƯNG TỤ:
Qnt = (R+1).D.rD kw
Qnt : nhiệt lượng ngưng tụ
Với rD =
D
x
.rCHCl3 +(1-
D

x
).rCCl4
Ở 620C ẩn nhiệt hóa hơi của CHCl3 : 247,6 KJ/kg; CCl4 : 201,9 KJ/kg.
rD = 0,9 x 247 + 0,01 x 201,9 = 243 KJ/kg
Do đó Qnt =312,5. 243,108 (15+1) = 1215000KJ/h.=337,5KJ/s
2. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO THIẾT BỊ GIA NHIỆT DÒNG
NHẬP LIỆU ĐẾN NHIỆT ĐỘ SÔI:
Q
F
=C
F
.F(T
F
- T
Vào
), kW
Nhiệt độ đầu trước khi vào gia nhiệt là 30
0
C; sau khi qua thiết bị gia nhiệt dòng
nhập liệu là 73
0
C.
Nhiệt dung riêng của dòng nhập liệu tra ở nhiệt độ trung bình
5,51
2
3073
=
+
=
t

Tại nhiệt độ này thì C
CHCl3
=1,1 KJ/kg C
CCl4
=0,937 KJ/kg bảng I.153 tr171[1]
C
F
=
F
x
C
CHCl3
+ (1-
F
x
)C
CCl4
= 0,164.1,1+ (1-0,164).0,937 = 0,963 kJ/kg.độ

3600
30) (731923.0,963
=
f
Q
= 22.13kJ/s
Nếu coi tổn thất trên đường nhập liệu là 5% thì Q
f
= 1,05.22,13 = 23,24 kJ/s.