chưng cất hỗn hợp methanol nước

1
Lời mở đầu
Công nghệ hóa học là một trong những ngành đóng góp rất lớn trong sự phát triển
của nền công nghiệp hiện đại nước ta.Trong ngành sản xuất hóa chất cũng như sử dụng
sản phẩm hóa học, nhu cầu sử dụng nguyên liệu có độ tinh khiết cao phải phù hợp với qui
trình sản xuất hoặc nhu cầu sử dụng.
Vì thế, các phương pháp nâng cao độ tinh khiết luôn luôn được cải tiến và đổi mới
để ngày càng hòan 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
Methanol – Nước là hai cấu tử tan lẫn vào nhau hoàn toàn và có sự khác biệt nhiệt sôi lớn,
ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết của Methanol.
Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị là một môn học mang tính tổng hợp quá
trình học tập của các kỹ sư công nghệ hóa – thực phẩm tương lai. 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 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.
Em chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Ngọc Anh Tuấn cùng các thầy cô trong bộ
môn Quá trình & Thiết bị đã hướng dẫn em tận tình trong thời gian qua. Tuy nhiên, trong
quá trình hình thành đồ án không thể tránh những sai sót, em rất mong nhận được ý kiến
đánh giá thầy cô về nội dung của đồ án.
Tp HCM, ngày 7 tháng 12 năm 2013
Sinh viên
Lê Trung Hiếu
2
1. Tổng quan
1.1. Giới thiệu về nguyên liệu
1.1.1. Methanol
Methanol còn gọi là methyl alcohol, alcohol gỗ hoặc rượu mạnh gỗ là một hợp chất
hóa học với công thức phân tử là CH
3

OH. Đây là chất lỏng không màu, dễ bay hơi và rất
độc. Ở nhiệt độ phòng, methanol là một chất lỏng phân cực. Các thông số của methanol:
- Phân tử lượng: 32,04 g/mol.
- Khối lượng riêng: 0,7918 g/cm
3
.
- Nhiệt độ nóng chảy: -97
o
C (176K).
- Nhiệt độ sôi: 64,5
o
C ( 337,8K).
- Độ nhớt: 0,59 Ns/m
2
ở 20
o
C.
Methanol được dùng làm chất chống đông, làm dung môi, làm nhiên liệu cho động cơ
đốt trong, nhưng ứng dụng lớn nhất là làm nguyên liệu để sản xuất các hóa chất khác.
- Dùng methanol trong sản xuất nhựa Urea- formaldehyd và nhựa phenol- formaldehyd.
Những chất này là nguyên liệu cho ngành công nghiệp carton thô.
1.1.1. 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.
Tính chất vật lý:
- Khối lượng phân tử : 18 g / mol
- Khối lượng riêng d
4
o
C

: 1 g / ml
- Nhiệt độ nóng chảy : 0
0
C
- Nhiệt độ sôi : 100
0
C
1.1.2. Hỗn hợp Methanol-nước
Bảng 1.1 Cân bằng lỏng-hơi cho hỗn hợp methanol-nước ở 1 atm [1, 39, 47]
t
o
C 100 92,3 87,7 81,7 78 75,3 73,1 71,2 69,3 67,5 66 64,5
x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
y 0 26,8 41,8 57,9
66,
5
72,9 77,9 82,5 87 91,5
95,
8
100
Ở đây: x là thành phần lỏng - y là thành phần hơi - t
o
C là nhiệt độ.
1.2. Lý thuyết về chưng cất
1.2.1. 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 (nghĩa 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.
Khi chưng cất ta thu được nhiều cấu tử và thường thì hệ có 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 lớn và một phần rất ít các cấu tử có độ
bay hơi bé.
3
 Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất ít cấu tử có độ bay
hơi lớn.
Kết luận: Khi chưng cất hệ methanol - nước thì sản phẩm đỉnh chủ yếu là methanol
và sản phẩm đáy chủ yếu là nước.
1.2.2. Các phương pháp chưng cất
 Phân loại theo áp suất làm việc: áp suất thấp, áp suất thường, áp suất cao.
 Phân loại theo nguyên lý làm việc: chưng cất đơn giản, chưng bằng hơi nước trực tiếp,
chưng cất đẳng khí.
 Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp: cấp nhiệt trực tiếp, cấp nhiệt gián tiếp.
 Phân loại theo số cấu tử có trong hệ: hệ hai cấu tử, hệ ba cấu tử hoặc ít hơn mười cấu tử, hệ
nhiều cấu tử ( trên mười cấu tử).
Kết luận: Đối với hệ methanol - nước, chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt
gián tiếp.
1.2.3. Thiết bị chưng cất
Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị chưng cất khác nhau. 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 đĩa, 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 hình trụ, gồm nhiều bậc nối với nhau bằng mặt bích hay hàn. Vật
chêm được cho vào tháp theo hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự.
2. Quy trình công nghệ chưng cất hỗn hợp methanol – nước
Hỗn hợp methanol - nước có nồng độ nhập liệu methanol 12% (theo phần khối lượng),
nhiệt độ khoảng 30
0
C tại bình chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3).
Sau đó, hỗn hợp được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi trong thiết bị đun sôi dòng nhập liệu (4),
rồi được đưa vào tháp chưng cất (5) ở đĩa nhập liệu.
Trên đĩa 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 bị pha hơi tạo nên từ hơi nước được
cấp trực tiếp vào đáy tháp 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 methanol chiếm nhiều nhất (có
nồng độ 98% phần khối lượng). Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ (6) và được ngưng tụ
hoàn toàn. Một phần của chất lỏng ngưng tụ được hoàn lưu về tháp ở đĩa trên cùng. Phần
còn lại được làm nguội tại thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh (7) rồi đưa về bình chứa sản
phẩm đỉnh (8).
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 methanol là 1% phần khối
lượng, còn lại là nước. Dung dịch lỏng ở đáy đi ra khỏi tháp đi vào thiết bị nồi đun (9), rồi
4
được đưa qua thiết bị làm nguội sản phẩm đáy (10) và cuối cùng đi vào bồn chứa sản
phẩm đáy (11). Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là methanol, sản phẩm
đáy là nước.
Chú thích các kí hiệu trong qui trình:
1. Bồn chứa nguyên liệu

2. Bơm
3. Bồn cao vị
4. Thiết bị đun sôi nhập liệu.
5. Tháp chưng cất
6. Thiết bị ngưng tụ
7. Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh
8. Bồn chứa sản phẩm đỉnh
9. Thiết bị nồi đun
10. Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy
11. Bồn chứa sản phẩm đáy
12. Lưu lượng kế
13. Bẫy hơi
14. Bình phân phối
3. Tính cân bằng vật chất và năng lượng
3.1. Các thông số ban đầu
 Chọn loại tháp chưng cất là tháp mâm xuyên lỗ và hoạt động theo chế độ liên tục.
 Khi chưng cất hệ methanol – nước thì cấu tử dễ bay hơi là methanol và thu nhận ở sản
phẩm đỉnh.
 Hỗn hợp:
• Methanol: CH
3
OH, M
m
= 32 g/mol.
• Nước: H
2
O, M
n
= 18 g/mol.
 Nhập liệu vào tháp ở trạng thái lỏng sôi.

• Năng suất nhập liệu: 1500l/h
• Nồng độ dòng nhập liệu: 12% khối lượng
• Nồng độ dòng sản phẩm đỉnh: 98% khối lượng
• Nồng độ dòng sản phẩm đáy: 1% khối lượng
 Chọn
• Nhiệt độ nhập liệu ban đầu: t
F
= 30
0
C.
• Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau khi làm nguội: t
D1
= 40
0
C
• Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi làm nguội: t
W1
= 50
0
C
• Nhiệt độ nước ban đầu: t
n
= 30
0
C
• Nhiệt độ nước sau khi làm nguội sản phẩm đỉnh: t
n1
= 50
0
C.

 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.
• G
n
: suất lượng khối lượng của nước làm lạnh, kg/h
• t
n
, t
n1
: nhiệt độ vào và ra của nước làm lạnh tại thiết bị ngưng tụ,
0
C
• t
sF
: nhiệt độ nhập liệu lỏng sôi,
0
C
5
• L : suất lượng dòng hoàn lưu, kmol/h.
• x
i
,

i
x
: nồng độ phần mol, phần khối lượng của cấu tử i.
3.2. Cân bằng vật chất
3.2.1. Nồng độ phần mol của methanol trong tháp
0712,0
18/)12,01(32/12,0
32/12,0
/)1(/
/
=
−+
=
−+
=
nFmF
mF
F
MxMx
Mx
x
965,0
18/)98,01(32/98,0
32/98,0
/)1(/
/
=
−+
=
−+

=
nDmD
mD
D
MxMx
Mx
x
00565,0
18/)01,01(32/01,0
32/01,0
/)1(/
/
=
−+
=
−+
=
nWmW
mW
W
MxMx
Mx
x
3.2.2. Suất lượng dòng nhập liệu, sản phẩm đáy và sản phẩm đỉnh
Từ số liệu của bảng 1.1, xây dựng đồ thị t-x,y cho hệ Methnol- nước:
Hình 3.1. Đồ thị t, x – y hệ methanol – nước
Từ hình 3.1, tại x
F
= 0,0712, nhập liệu vào tháp chưng cất nhiệt độ là: t
F

= 90,1
0
C.
Tra [1, 9, 1.2]khối lượng riêng của methanol tại 90,1
0
C: ρ
m
= 724,89 kg/m
3
Tra [1, 311, 1.249] khối lượng riêng của nước tại 90,1
0
C: ρ
n
= 965,23 kg/m
3
Khối lượng riêng của nhập liệu:
3
10.077,1
23,965
12,01
89,724
12,0
1
1
−
=
−
+=
−
+=

n
F
m
F
F
xx
ρρρ
(3.1)
 ρ
F
= 928,3 kg/m
3
Khối lượng mol của nhập liệu:
molgMxMxM
nFmFF
/997,1818)0712,01(320712,0).1(. =×−+×=−+=
Suất lượng nhập liệu: G
F
= V
F
×
ρ
F
= 1,5
×
928,3 = 1392,45 kg/h
Suất lượng mol nhập liệu: F = = = 73,3 kmol/h
- Phương trình cân bằng vật chất cho toàn tháp
F = D + W
F

×
x
F
= D
×
x
D
+ W
×
x
W
- Giải hệ phương trình sau:




×=×+×
=+
0712,03,7300565,0965,0
3,73
WD
WD
⇒
D = 5,01 kmol/h và W= 68,29 kmol/h
Khối lượng mol của sản phẩm đáy:
kmolkgMxMxM
nwmww
/08,1818)00565,01(3200565,0).1(. =×−+×=−+=
Suất lượng khối lượng sản phẩm đáy: G
w

= M
w
×
W = 1234,68 kg/h
Suất lượng khối lượng sản phẩm đỉnh: G
D
= G
F
– G
w
= 1392,45 – 1234,68 = 157,77 kg/h
Kết luận:
Dòng nhập liệu Sản phẩm đáy Sản phẩm đỉnh
Suất lượng khối lượng (kg/h)
1392,45 1234,68 157,77
Suất lượng mol (kmol/h)
73,3 68,29 5,01
6
Phần mol methanol
0,0712 0,00565 0,965
Phần khối lượng methanol
0,12 0,01 0,98
3.2.3. Tìm tỷ số hoàn lưu và dòng hoàn lưu
- Từ bảng 3.1, xây dựng đồ thị cân bằng pha của hệ Methanol-nước ở áp suất 1atm.
Hình 3.2. Đường cân bằng pha hệ methanol – nước
- Với x
F
= 0,0712, xác định
*
F

y
từ hình 2 được
*
F
y
= 0,341
 Tỷ số hoàn lưu tối thiểu:
R
min
= = = 2,313
 Tỷ số hoàn lưu:
R = 1,3xR
min
+ 0,3 = 1,32,313 +0,3 = 3,31
3.2.4. Các phương trình làm việc
3.2.4.1. Phương trình làm việc phần cất
y = =
 Phương trình làm việc phần cất: y = 0,768x + 0,224
3.2.4.2. Phương trình làm việc phần chưng
Suất lượng mol tương đối của dòng nhập liệu
64,14
00565,00712,0
00565,0965,0
=
−
−
=
−
−
=

WF
WD
xx
xx
f
 Phương trình làm việc phần chưng:
01788,0.165,400565,0
131,3
64,141
.
131,3
64,1431,3
1
1
1
−=×
+
−
+
+
+
=⋅
+
−
+⋅
+
+
= xxx
R
f

x
R
fR
y
W
 y = 4,165x – 0,01788
3.2.5. Tính lưu lượng dòng hoàn lưu
R = = = 3,31
 Suất lượng mol dòng hoàn lưu: L = 16,58 kmol/h.
Khối lượng mol của sản phẩm đỉnh:
molgMxMxM
nDmDD
/51,3118)965,01(32965,0).1(. =×−+×=−+=
 Suất lượng khối lượng dòng hoàn lưu: G
L
= M
D
×
L = 31,5116,58 = 522,44 kg/h.
7
3.2.6. Tìm số mâm thực tế
Hình 3.3. Số mâm lý thuyết của tháp chưng cất.
 Tháp chưng cất có 11 mâm lý thuyết.
 Vị trí đỉnh:
- Với x
D
= 0,965, xác định
*
D
y

từ hình 3.2 được
*
D
y
= 0,985
Từ hình 3.1, tại x
D
= 0,965, sản phẩm ra khỏi tháp chưng cấtcó nhiệt độ là: t
D
= 65
0
C.
Độ bay hơi tương đối: α = = = 2,382
Nội suy từ [1, 95, 1.102] Độ nhớt của nước ở 65
0
C: µ
n
= 0,4355 cP
Dùng toán đồ[1, 90, 1.18] Độ nhớt của methanol ở 65
0
C: µ
m
= 0,336 cP
Độ nhớt của sản phẩm đỉnh: lgµ
D
= (1- x
D
)lg µ
n
+ x

D
lg µ
m
(3.2)
lgµ
D
= lg0,4355 (1 - 0,965) + lg 0,336 0,965
=> µ
D
= 0,339 cP => αµ
D
= 0,339 2,382 = 0,81
Tra [2, 171, IX.11] Hiệu suất trung bình tại vị trí đỉnh: E
d
= 51,5%
 Vị trí nhập liệu :
- Với x
F
= 0,0712, xác định
*
F
y
từ đồ thị 2 được
*
F
y
= 0,341
Từ hình 3.1, tại x
F
= 0,0712nhập liệu đi vào tháp chưng cất có nhiệt độ là: t

F
= 90,1
0
C.
Độ bay hơi tương đối: α = = = 6,75
Nội suy từ [1, 95, 1.102] Độ nhớt của nước ở 90,1
0
C: µ
n
= 0,316 cP
Dùng toán đồ từ [1, 90, 1.18] Độ nhớt của methanol ở 90,1
0
C: µ
m
= 0,265 cP
Độ nhớt của dòng nhập liệu theo (3.2): => µ
F
= 0,312 cP
=> αµ
F
= 0,312 6,75 = 2,106
Tra [2, 171, IX.11] Hiệu suất trung bình tại vị trí nhập liệu: E
F
= 41,5%
 Vị trí đáy:
- Với x
W
= 0,00565, xác định
*
W

y
từ hình 3.2 được
*
W
y
= 0,0368
Từ hình 3.1, tại x
W
= 0,00565, sản phẩm đáy đi ra tháp chưng cất có nhiệt độ là: t
w
= 99
0
C.
Độ bay hơi tương đối: α = = = 6,724
Nội suy từ [1, 95, 1.102] Độ nhớt của nước ở 99
0
C: µ
n
= 0,2868 cP
Nội suy từ [1, 90, 1.18] Độ nhớt của methanol ở 99
0
C: µ
m
= 0,243 cP
8
Độ nhớt của sản phẩm đáy theo (3.2): => µ
w
= 0,287 cP
αµ
w

= 0,287 x 6,724 = 1,927
Tra [2, 171, IX.11] Hiệu suất trung bình tại vị trí đáy: E
d
= 42,5%.
Hiệu suất trung bình: = = = 45,17
 Số mâm thực tế:
Số mâm thực tế: N
tt
= = = 24,35.
Số mâm phần cất: N
tL
= = 13
Số mâm phần chưng: N
tC
= = 11
Kết luận: Tháp chưng cất hệ methanol – nước có 24 mâm và 1 nồi đun.
3.3. Cân bằng năng lượng
3.3.1. Nhiệt lượng tại thiết bị ngưng tụ
D D D
Q = G × (1 + R) × r
, (J/h) (IX.159, [2]) (3.3)
Nội suy từ [1, 257, 1.213] Nhiệt hóa hơi của methanol tại 65
0
C: r
m
= 1119,97 kJ/kg.
Tra từ [1, 312, 1.250] Nhiệt hóa hơi của nước tại 65
0
C: r
n

= 2345,2 kJ/kg.
Nhiệt hóa hơi của sản phẩm đỉnh tại 65
0
C: r
D
= r
m
+ (1 - )r
n
r
D
= 0,981119,97 + (1 – 0,98)2345,2 = 1144,5 kJ/kg.
Nhiệt lượng tại thiết bị ngưng tụ:
Q
nt
= G
D
(R + 1)r
D
= 157,77(3,31 + 1)1144,5

= 7,7810
5
kJ/h.
 Suất lượng nước làm lạnh cần dùng:
Cân bằng nhiệt: Q
nt
= (R + 1)G
D
r

D
= G
n
C
n
(t
n1
– t
n
)
Nội suy từ [1, 165, 1.147] Nhiệt dung riêng nước lạnh tại 40
0
C ( = :
C
n
= 0,99869 Kcal/kg.
0
C = 4,181 kJ/kg.
0
C.
 G
n
= = = 9304 kg/h
3.3.2. Nhiệt lượng trao đổi thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh.
Q
lnD
= G
D
C
D

(t
D1
– t
D
) = , (J/h) (IX.166, [2]) (3.4)
[1, 165, 1.147] Nhiệt dung riêng của nước tại 52,5
0
C ( t = ):
C
n
= 0,99939 Kcal/kg.
0
C = 4,184kJ/kg.
0
C
[1, 172, 1.154] Nhiệt dung riêng của methanol tại 52,5
0
C: C
m
= 2726,25 J/kg.
0
C
Nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh: C
D
= C
m
+ (1 - )C
n
(3.5)
C

D
= 0,982,72625 + (1 – 0,98)4,184 = 2,755 kJ//kg.
0
C
Nhiệt lượng trao đổi nhiệt tại thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh:
Q
lnD
= G
D
C
D
(t
D1
– t
D
) = 157,772,755(65 – 40) = 10868kJ/h.
 Suất lượng nước làm lạnh cần dùng tại thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh:
[1, 165, 1.147] Nhiệt dung riêng của nước tại 40
0
C ( t = ):
C
n
= 0,99869 Kcal/kg.
0
C = 4,181 kJ/kg.
0
C
 G
nlnD
= = = 129,97 kg/h

3.3.3. Nhiệt lượng tại thiết bị đun sôi nhập liệu.
Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun sôi nhập liệu:
Q
D1
+ Q
f
= Q
F
+ Q
ng1
+ Q
xq1
, (J/h) (IX.149, [2]) (3.6)
Q
D1
: nhiệt lượng do hơi đốt mang vào - Q
f
: nhiệt lượng do nhập liệu mang vào - Q
F
: nhiệt
lượng do nhập liệu mang ra - Q
ng1
: nhiệt lượng do nước ngưng mang ra - Q
xq1
: nhiệt lượng
mất ra môi trường xung quanh lấy bằng 5%nhiệt tiêu tốn
• Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào Q
D1
: Q
D1

= D
1
(r
1
+ C
1
t
1
) (IX.150, [2]) (3.7)
D
1
: lượng hơi đốt kg/h
9
r
1
: nhiệt hóa hơi của nước ở 2at, 2208kJ/kg.
C
1
: nhiệt dung riêng của nước ngưng, 1,014 (kcal/kg) = 4,245(kJ/kg)
t
1
: nhiệt độ nước ngưng ở 2at, t
1
= 119,62
0
C [1, 166, 1.148].
 Q
D1
= D
1

(2208 +4,245 119,62) = 2715,8 D
1
(kJ/h).
• Nhiệt lượng do nhập liệu mang vào Q
f
: Q
f
= G
F
C
f
t
F
, (J/h) (IX.151. [2]) (3.8)
[1, 172, 1.154]Nhiệt dung riêng methanol của nhập liệu tại 30
0
C: C
m
= 2,620 kJ/kg.
0
C
[1, 165, 1.249] Nhiệt dung riêng của nước tại 30
0
C:
C
n
= 0,99866 Kcal/kg.
0
C = 4,181 kJ/kg.
0

C.
Nhiệt dung riêng của nhập liệu(3.5):C
f
= 0,122,620 + (1 – 0,12)4,181 = 3,994 kJ//kg.
0
C
Nhiệt lượng nhập liệu tại thiết bị gia nhiệt:
Q
f
= G
F
C
f
t
F
= 1392,453,99430= 1,6710
5
kJ/h.
• Nhiệt lượng do nhập liệu mang ra: Q
F
= G
F
C
F
t
sF
, (J/h) (IX.152, [2]) (3.9)
[1, 172, 1.154] Nhiệt dung riêng methanol của nhập liệu tại 90,1
0
C: C

m
= 2,913 kJ/kg.
0
C
[1, 165, 1.249] Nhiệt dung riêng của nước tại 90,1
0
C:
C
n
= 1,00504 Kcal/kg.
0
C = 4,208 kJ/kg.
0
C.
Nhiệt dung riêng của nhập liệu(3.5):C
F
= 0,122,913+(1 – 0,12)4,208 = 4,053 kJ//kg.
0
C
Nhiệt lượng nhập liệu tại thiết bị gia nhiệt:
Q
F
= G
F
C
F
t
sF
= 1392,454,05390,1= 5,0810
5

kJ/h.
• Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra Q
ng1
:Q
ng1
= D
1
C
1
t
1
, (IX.153, [2]) (3.10)
Q
ng1
= D
1
4,245 119,62 = 507,8 D
1
kJ/h.
• Nhiệt lượng mất ra môi trường xung quanh:
Q
xq1
= 0,05 D
1
r
1
= 0,05 D
1
2208 = 110,4 D
1

kJ/h.
• Lượng hơi đốt cần thiết để đun nóng dòng nhập liệu:
2715,8 D
1
+ 1,6710
5
= 5,0810
5
+ 507,8 D
1
+ 110,4 D
1
=> D
1
= 163 kg/h.
3.3.4. Nhiệt lượng trao đổi thiết bị làm nguội sản phẩm đáy
[1, 165, 1.249] Nhiệt dung riêng của nước tại 72
0
C ( t = :
C
n
= 1,0016 Kcal/kg.
0
C = 4,193 kJ/kg.
0
C.
[1, 172, 1.154] Nhiệt dung riêng methanol của sản phẩm đáy ở 72
0
C: C
m

= 2,82 kJ/kg.
0
C
Nhiệt dung riêng của sản phẩm đáy:C
w
= 0,012,82 + (1 – 0,01)4,193= 4,179 kJ//kg.
0
C
Nhiệt lượng trao đổi tại thiết bị làm nguội sản phẩm đáy:
Q
w
= G
w
C
w
(t
w2
– t
w1
) = 1234,684,179(99 – 45) = 2,7910
5
kJ/h.
 Suất lượng nước làm lạnh cần dùng tại thiết bị làm nguội sản phẩm đáy:
[1, 165, 1.147] Nhiệt dung riêng của nước tại 40
0
C ( t = ):
C
n
= 0,99869 Kcal/kg.
0

C = 4,181 kJ/kg.
0
C
 G
nlnD
= = = 3336,52 kg/h
3.3.5. Nhiệt lượng cung cấp cho đáy tháp
Tổng lượng nhiệt mang vào tháp bằng tổng nhiệt lượng mang ra:
Q
F,ra
+ Q
D2
+ Q
R
= Q
nt
+ Q
W,ra
+ Q
xq
+ Q
ng2
, (IX.156, [2]) (3.11)
Q
F,ra
: nhiệt lượng nhập liệu vào tháp - Q
D2
: nhiệt lượng do hơi đốt mang vào tháp - Q
R
:

nhiệt lượng do dòng hoàn lưu mang vào tháp. - Q
y
: nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh
tháp. - Q
w,ra
: nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra. - Q
xq
: nhiệt lượng tổn thất bằng 5%
nhiệt tiêu tốn ở đáy tháp. - Q
ng2
: nhiệt lượng do nước ngưng mang ra. - D
2
: lượng hơi đốt
cần thiết để đun sôi dung dịch trong tháp.
• Nhiệt lượng do dòng hoàn lưu mang vào tháp
10
[1, 172, 1.154]Nhiệt dung riêng methanol của dòng hoàn lưu ở 65
0
C: C
m
= 2,785 kJ/kg.
0
C
[1, 165, 1.249]Nhiệt dung riêng của nước tại 65
0
C:
C
n
= 1,00065 Kcal/kg.
0

C = 4,19 kJ/kg.
0
C.
Nhiệt dung riêng của dòng hoàn lưu:C
L
= 0,982,785+ (1 – 0,98)4,19 = 2,813 kJ//kg.
0
C
Q
R
= G
L
C
L
t
R
= 522,442,81365 = 0,955 10
5
kJ/h.
• Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra:
Q
w,ra
= G
w
C
w,ra
t
w
, (J/h) (IX.160, [2]) (3.12)
[1, 172, 1.154] Nhiệt dung riêng methanol của sản phẩm đáy ở 99

0
C: C
m
= 2,960 kJ/kg.
0
C
[1, 165, 1.249] Nhiệt dung riêng của nước tại 99
0
C:
C
n
= 1,00734 Kcal/kg.
0
C =4,218 kJ/kg.
0
C.
Nhiệt dung riêng của sản phẩm: C
w,ra
= 0,012,960 + (1 – 0,01)4,218 = 4,205 kJ//kg.
0
C
Q
w,ra
= G
w
C
w,ra
t
w
= 1234,68 4,205 99 = 5,1410

5
kJ/h.
• Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra: Q
ng2
= D
2
C
1
t
2
, (J/h), (IX.161, [2]) (3.13)
 Q
ng2
= D
2
4,245 119,62 = 507,8D
2
kJ/h.
• Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh lấy bằng 5%nhiệt tiêu tốn ở đáy tháp:
Q
xq
= 0,05D
2
r
1
, (J/h), (IX.162, [2]) (3.14)
 Q
xq
= 0,05D
2

r
1
= 0,05D
2
2208 = 110,4D
2
kJ/h.
• Nhiệt lượng do hơi hơi đốt mang vào tháp:
Q
D2
= D
2
(r
1
+ C
2
t
2
), (J/h), (IX. 157, [2]) (3.15)
Q
D2
= D
2
(r
1
+ C
2
t
2
) = D

2
(2208 + 4,245119,62) = 2715,8D
2
kJ/h.
 Lượng hơi cần thiết để đun sôi dung dịch ở đáy tháp:
5,08 10
5
+ 2715,8D
2
+ 0,955 10
5
= 7,7810
5
+ 5,14 10
5
+ 507,8D
2
+ 110,4D
2
 D
2
= 328,23 kg/h.
4. Tính toán tháp chưng cất
4.1. Đường kính tháp
4.1.1. Phần cất
4.1.1.1. Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong phần cất:
Phần mol trung bình của pha lỏng trong phần cất: x
L
= = = 0,518
Từ hình 3.1, xác định nhiệt độ sôi của pha lỏng trong phần cất: t

L
= 72,7
0
C.
Phần khối lượng trung bình của pha lỏng trong phần cất: == = 0,55
[1, 9, 1.2] Khối lượng riêng methanol tại 72,7
0
C: ρ
m
= 743,3 kg/m
3
[1, 311, 1.249] Khối lượng riêng nước tại 72,7
0
C: ρ
n
= 976,18 kg/m
3
Khối lượng riêng trung bình pha lỏng trong phần cất theo (3.1):ρ
L =
832,69 kg/m
3

4.1.1.2. Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần cất:
Phần mol trung bình của pha hơi trong phần cất: y
L
= 0,768x
L
+ 0,224
 y
L

= 0,768 0,518 + 0,224 = 0,622
Nhiệt độ trung bình của pha hơi trong phần cất: t
hL
= 80
0
C
Khối lượng mol trung bình của pha hơi trong phần cất:
M
hL
= y
L
M
m
+ (1 – y
L
) M
n
= 0,62232 + (1 – 0,622) 18 = 26,708 kg/kmol
Khối lượng riêng trung bình pha hơi trong phần cất:
3
/922,0
)27380(
273
4,22
708,261
mkg
RT
PM
hL
hL

hL
=
+×
×
==
ρ
 Chọn khoảng cách 2 mâm h = 300 mm
11
[3, 256, 6.2] => C = 0,03
 Vận tốc pha hơi trong tháp:
smC
hL
L
/902,0
922,0
69,832
03,0 ===
ρ
ρ
ω
( 6.18, [3]) (4.1)
Lưu lượng pha hơi đi trong phần chưng của tháp:
sm
TM
tRG
Q
oD
hLD
V
/174,0

360027351,31
)27380(4,22)31,31(77,157
3600
4,22)1(
3
=
××
+××+×
=
××
××+×
=
 Đường kính tháp chưng cất
m
Q
D
V
t
496,0
902,0785,0
174,0
.785,0
=
×
==
ω
(6.16, [3]) (4.2)
4.1.2. Phần chưng
4.1.2.1. Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong phần chưng:
 Phần mol trung bình của pha lỏng trong phần chưng:

x
C
= == 0,0384
Từ hình 3.1, xác định nhiệt độ sôi của pha lỏng trong phần chưng: t
c
= 93,8
0
C.
 Phần khối lượng trung bình của pha lỏng trong phần chưng:
== = 0,065
[1, 9, 1.2] Khối lượng riêng methanol tại 93,8
0
C: ρ
m
= 720,82 kg/m
3
[1, 311, 1.249] Khối lượng riêng nước tại 93,8
0
C: ρ
n
= 962,64 kg/m
3
Khối lượng riêng trung bình pha lỏng trong phần chưng theo (3.1): ρ
c =
942,1 kg/m
3

4.1.2.2. Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần chưng:
 Phần mol trung bình của pha hơi trong phần chưng: y
C

= 4,165x
C
– 0,01788
 y
C
= 4,165 0,0384 – 0,01788 = 0,142
 Nhiệt độ trung bình của pha hơi trong phần chưng: t
hC
= 96
0
C
 Khối lượng mol trung bình của pha hơi trong phần chưng:
M
hC
= y
C
M
m
+ (1 – y
C
)M
n
= 0,14232 + (1 – 0,142)18 = 19,988 kg/kmol
 Khối lượng riêng trung bình pha hơi trong phần chưng:
3
/66,0
)27396(
273
4,22
988,191

mkg
RT
PM
hC
hC
hC
=
+×
×
==
ρ
 Chọn khoảng cách 2 mâm h = 300 mm
[3, 256, 6.2] => C = 0,03
 Vận tốc pha hơi trong tháp:
smC
hCv
c
/13,1
66,0
1,942
03,0 ===
ρ
ρ
ω
( 6.18, [3])
 Lưu lượng pha hơi đi trong phần chưng của tháp:
sm
TM
tRG
Q

oD
hCD
V
/182,0
360027351,31
)27396(4,22)31,31(77,157
3600
4,22)1(
3
=
××
+××+×
=
××
××+×
=
 Đường kính tháp chưng cất
m
Q
D
V
t
453,0
13,1785,0
182,0
.785,0
=
×
==
ω

(6.16, [3])
12
 Chọn đường kính tháp là D
t
= 500 mm.
 Vận tốc pha hơi trong tháp theo thực tế:
sm
D
Q
C
V
C
/927,0
5,014,3
182,04
14,3
.4
22
=
×
×
==
ω
sm
D
Q
L
V
L
/887,0

5,014,3
174,04
14,3
.4
22
=
×
×
==
ω
4.2. Trở lực của tháp
Cấu tạo mâm lỗ
Chọn tháp mâm xuyên lỗ có ống chảy chuyền với:
 Tiết diện tự do bằng 8% diện tích mâm.
 Đường kính lỗ d
l
= 4 mm = 0,004 m
 Chiều cao gờ chảy tràn: h
gờ
= 25mm = 0,025 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 8 mm.
 Mâm được làm bằng thép không gỉ X18H10T.
 Số lỗ trên 1 mâm:
N =
2
2
004,0
5,0

.08,008,0
%8






=








=
l
t
l
m
d
D
S
S
= 1250 lỗ
Gọi a là số hình lục giác.
Áp dụng công thức [2, 48, V.139]: N = 3a(a-1) +1 => a = 20,91≈ 21, N = 1261 lỗ
Số lỗ trên đường chéo: b = 2a - 1 = 41 lỗ.

4.2.1. Trở lực của mâm khô ΔP
k
Chọn hệ số trở lực đối với tiết diện tự do của lỗ bằng 8% diện tích mâm: ξ = 1,82.
4.2.1.1. Phần cất
Vận tốc hơi qua lỗ:
088,11
08,0
887,0
%8
' ===
L
L
ω
ω
m/s
Áp dụng công thức:
ΔP
kL
= ξ = 1,82= 103,15 N/m
2
. (IX.140, [2]) (4.3)
4.2.1.2. Phần chưng
Vận tốc hơi qua lỗ:
588,11
08,0
927,0
%8
' ===
C
C

ω
ω
m/s
ΔP
kC
= ξ = 1,82= 80,65 N/m
2
(IX.140, [2])
4.2.2. Trở lực do sức căng bề mặt ΔP
s
4.2.2.1.Phần cất
[1, 301, 1.242] Sức căng bề mặt methanol ở 72,7
0
C: σ
m
= 0,0182 N/m.
[1, 311, 1.249] Sức căng bề mặt nước ở 72,7
0
C: σ
n
= 0,6391 N/m.
Áp dụng công thức :
= + = + = 56,5098 ([I.76, [1]) (4.4)
 σ
hhL
= 0,0177 N/m.
Mâm có đường kính lỗ lớn hơn 1mm:
ΔP
sL
= = = 13,61 N//m

2
. (IX.142, [2])
13
4.2.2.2.Phần chưng
[1, 301, 1.242] Sức căng bề mặt methanol ở 93,8
0
C: σ
m
= 0,0163 N/m.
[1, 311, 1.249] Sức căng bề mặt nước ở 93,8
0
C: σ
n
= 0,6006 N/m.
Áp dụng công thức theo (4.4): σ
hhC
= 0,0159 N/m.
Mâm có đường kính lỗ lớn hơn 1mm:
ΔP
sC
= = = 12,23 N//m
2
.(IX.142, [2])
4.2.3. Trở lực thủy tĩnh do chất lỏng trên mâm tạo ra
Trở lực thủy lực do lớp chất lỏng bọt trên mâm: ΔP
b
= 1,3h
b
kρ
b

g
Chiều cao lớp chất bọt: h
b
= h
g
+ Δh
Δh chiều cao lớp chất lỏng trên gờ chảy tràn:
Δh = với Q
v,l
: lưu lượng chất lỏng, m
2
/s; P: chu vi của gờ; k = ρ
b
/ρ
L
: tỉ số giữa khối lượng
chất lỏng bọt và khối lượng riêng của chất lỏng, lấy gần bằng 0,5.
Chiều dài của gờ chảy tràn: S
quạt
- S
Δ
= S
bán nguyệt
2
2
2
%20
2
cos
2

sin
2
1
.2
2
RRR
R
π
αα
α
=−⇔
α - sinα = 0,2π => α = 1,627 rad = 93,32
o
Nên L
gờ
=
mD
t
364,0)
2
32,93
sin(.5,0)
2
sin(.
==
α
4.2.3.1. Phần cất
Lưu lượng chất lỏng trong phần cất của tháp:
Q
v,l

= = = 1,40 10
-4
m
3
/s.
Với M
mL
= 0,518 32 + (1 – 0,518)18 = 25,252 kg/kmol. – khối lượng mol trung bình chất
lỏng trong phần luyện.
Δh = = = 5,5710
-3
, m.
Chiều cao lớp chất lỏng bọt trên mâm: h
b
= h
g
+ Δh = 0,025 + 5,5710
-3
= 0,03057 m.
Trở lực qua lớp chất lỏng bọt: ΔP
b
= 1,3h
b
kρ
L
g
ΔP
bL
= 1,30,030570,59,81 = 162,32N/m
2

.
4.2.3.2. Phần chưng
Lưu lượng chất lỏng trong phần chưng của tháp:
Q
v,c
= =
Với M
mC
= 0,0384 32 + (1 – 0,0384)18 = 18,54 kg/kmol - khối lượng mol trung bình chất
lỏng trong phần chưng.
 Q
v,c
= 4,28 10
-4
m
3
/s.
14
Δh = = = 0,012 m.
Chiều cao lớp chất lỏng bọt trên mâm: h
b
= h
g
+ Δh = 0,025 + 0,012 = 0,037 m.
Trở lực qua lớp chất lỏng bọt: ΔP
bc
= 1,3h
b
kρ
C

g
ΔP
bc
= 1,30,0370,5942,19,81 = 222,27 N/m
2
.
Kết luận: Tổng trở lực thủy lực của 1 mâm trong phần cất của tháp:
ΔP
đL
= ΔP
kL
+ ΔP
sL
+ ΔP
bL
= 103,15+ 13,61 + 162,32 = 279,08N/m
2
. (IX.135, [2]) (4.5)
Tổng trở lực thủy lực của 1 mâm trong phần chưng của tháp:
ΔP
đC
= ΔP
kC
+ ΔP
sC
+ ΔP
bC
= 80,65+ 12,23 + 222,27= 315,15 N/m
2
. (IX.135, [2])

Tổng trở lực thủy lực của tháp:
ΔP = N
tL
.ΔP
L
+ N
tC
ΔP
C
= 13279,08 + 11315,15= 7094,69 (N/m
2
)
Kiểm tra lại khoảng cách mâm h = 300 mm đảm bảo đều kiện cho tháp hoạt động bình
thường:
h > 1,8
với các mâm trong phần chưng trở lực thủy lực qua một mâm lớn hơn trở lực thủy lực qua
một mâm trong phần luyện:
= = 0,061m (h = 0,3 m > 0,061 m)
 Kết quả là điều kiện đã được thỏa.
Kiểm tra tính đồng nhất của hoạt động mâm. Tính vận tốc tối thiểu qua lỗ của pha hơi
v
l,min
đủ để cho các mâm hoạt động bình thường:
v
l,min
= 0,67= 0,67= 11,304 m/s < 11,588 m/s
Kết luận: Mâm hoạt động bình thường
4.3. Chiều cao mực chất lỏng không bọt trong ống chảy chuyền
Bỏ qua sự tạo bọt trong ống chảy chuyền, chiều cao mực chất lỏng trong ống chảy chuyền
của mâm xuyên lỗ được xác định theo biểu thức: h

d
= h
gờ
+ h
b
+ ΔP + h
d
’
mm chất lỏng
4.3.1. Tổn thất thủy lực do dòng chảy từ ống chảy chuyền vào mâm
S
d
: tiết diện giữa ống chảy chuyền và mâm.
S
d
= 0,8 S
mâm
= 0,8
4
π
0,5
2
= 0,16 m
2
Để tháp không bị ngập lụt khi hoạt động thì: h
d
≤
2
1
Δh = 150 mm (5.11, [4])

4.3.1.1. Phần cất
Áp dụng công thức:
h
dL
’
= 0,128( = 0,128= 1,2710
-4
mm chất lỏng (5.10, [4]) (4.6)
ΔP
bL
= = = 0,0342 m chất lỏng = 34,2 mm chất lỏng
Chiều cao mực chất lỏng không bọt trong ốn chảy chuyền phần luyện:
=> h
dL
= 25 + 30,57 + 34,2+1,2710
-4
=89,77 mm chất lỏng < 150 mm
1.1.1.1. Phần chưng
Áp dụng công thức (4.6) : h
dC
’
= 1,1910
-3
mm chất lỏng
ΔP
bc
= = = 0,0341 m chất lỏng = 34,1 mm chất lỏng
Chiều cao mực chất lỏng không bọt trong ốn chảy chuyền phần chưng:
=> h
dC

= 25 + 37+ 34,1 + 1,1910
-3
=96,1 mm chất lỏng < 150 mm.
Kết luận: Khi tháp hoạt động thì các mâm trong tháp đều không bị ngập lụt
2. Tính toán cơ khí tháp chưng cất
15
4.4. Bề dày mâm
4.4.1. Các thông số cần tra và chọn phục vụ cho quá trình tính toán
Nhiệt độ tính toán: t = t
max
= 100 (
o
C)
Áp suất tính toán: P = P
thủy tĩnh
+ P
g

Chọn bề dày gờ chảy tràn là 3mm.
Thể tích của gờ chảy tràn: V = 0,3640,0250,003= 2,7310
-5
m
3
[2, 313, XII.7] Khối lượng riêng của thép X18H10T là: ρ
X18H10T
= 7900 kg/m
3
 Khối lượng gờ chảy tràn: m = Vρ
X18H10T
= 2,7310

-5
7900 = 0,2157 kg
Áp suất do gờ chảy tràn tác dụng lên mâm tròn
78,10
4
5,0
14,3
81,92157,0
4
22
=
×
×
==
t
g
D
mg
P
π
N/m
2
Khối lượng riêng của chất lỏng tại sản phẩm đáy tháp:
Với x
W
= 0,00565 suy ra t
W
= 99
0
C

[1, 311, 1.249] Khối lượng riêng của nước ở 99
o
C:
ρ
n
= 959,08 kg/m
3
[1, 9, 1.2] Khối lượng riêng của metanol ở 99
o
C:
ρ
m
= 715,1 kg/m
3
[1, 5, 1.2] Khối lượng riêng của sản phẩm đáy theo (3.1): ρ
LW
= 955,82kg/m
3
Áp suất thủy tĩnh:
P
thủy tĩnh
= ρ
LW
g(h
gờ
+ Δh
lC
) = 955,82 9,81(0,025 + 0,012) = 346,934 N/m
2
 P = 346,934 + 10,78 + = 357,714 N/m

2
Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường:
Thời gian sử dụng thiết bị là trong 20 năm: C
a
= 1 mm
Ứng suất cho phép tiêu chuẩn:
Vì vật liệu là X18H10T: [σ]
*
= 146,67 N/mm
2
Hệ số hiệu chỉnh:ŋ = 1
Ứng suất cho phép: [σ] = ŋ [σ]
*
= 146,67 N/mm
2
Môđun đàn hồi[6, 45, 2.12]: E = 2.10
5
N/cm
2
Hệ số Poisson[2, 313, XII.7]:µ = 0,33
Hệ số điều chỉnh :φ
b
=
10
410 −
=
−
t
dt
= 0,6

4.4.2. Tính bề dày
Đối với bản tròn đặc ngàm kẹp chặt theo chu vi:
Ứng suất cực đại ở vòng chu vi:
2
max
16
3






=
S
DP
σ
(6.36, [7]) (5.1)
Đối với bản có đục lỗ:
][
16
3
2
max
max
σ
ϕϕ
σ
σ
≤







==
S
DP
bb
l
S’
437,0
6,067,14616
10 357,7143
500
][16
3
6
=
××
××
=≥
−
b
t
P
D
ϕσ
mm

Nên: S + C
a
= 1,437 mm => Chọn S = 2 mm
 Kiểm tra điều kiện bền:
16
Độ võng cực đại ở tâm:
T
o
D
PR
W
64
4
=
(6.35, [7]) (5.2)
Đối với bản có đục lỗ:
Tbb
o
lo
D
PR
W
W
ϕϕ
64
4
==
Với:
)1(12
2

3
µ
−
=
ES
D
T

3
24
3
24
)1(
.
16
3
64
)1(12
ES
PR
ES
PR
W
W
bb
b
o
lo
ϕ
µ

ϕ
µ
ϕ
−
=
−
==
Để đảm bảo điều kiện bền thì: W
lo
< ½ S
243,0
22000006,0
)33,01(25010 357,714
16
3
3
246
=
××
−××
×=
−
lo
W
<
=
2
S
1
 Bề dày S đã chọn thỏa điều kiện.

Kết luận: S
mâm
= 2 mm
4.5. Chiều cao tháp mâm xuyên lỗ
Chiều cao tháp: H = N
tt
×
(H
đ
+ S
mâm
) + (0,8 ± 1); m (IX.54, [2]) (5.3)
 H = 24
×
( 0,3 + 0,002) + 0,8 = 8,048 m
Chọn đáy (nắp) tiêu chuẩn có
25,0=
t
t
D
h
suy ra h
t
= 0,25D
t
= 0,250,5 = 0,125 m
Với h
t
là chiều cao của đáy (nắp) lồi ra
- Chọn chiều cao gờ: h

g
= 25 mm = 0,025 m
- Chiều cao đáy (nắp): H
đn
= h
t
+ h
g
= 0,125 + 0,025 = 0,15 m
Kết luận: Chiều cao toàn tháp: H
tt
= H + 2H
đn
= 8,348 m ≈ 8,4 m
4.6. Bề dày 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 1 phía. Thân tháp được ghép với nhau bằng các mối ghép
bích.Để đảm bảo chất lượng của sản phẩm ta chọn thiết bị thân tháp là thép không gỉ mã
X18H10T.
4.6.1. Các thông số cần tra và chọn phục vụ cho quá trình tính toán
Nhiệt độ tính toán: t
max
= t
nước
= 100
0
C
[2, 310, XII.4]Ứng suất kéo của X18H10T ứng với bề dày (1-3 mm):σ
k1
= 54010

6
N/m
2
.
[2, 310,XII.4]Ứng suất kéo của X18H10T ứng với bề dày (4-25mm):σ
k2
= 55010
6
N/m
2
.
[2, 310, XII.4] Ứng suất chảy của X18H10T: σ
c
= 22010
6
N/m
2
.
[2, 356, XIII.2] Hệ số điều chỉnh: η = 1,0; vì tháp chưng cất không bị đốt nóng và được
cách ly với nguồn đốt nóng trực tiếp.
[2, 356, XIII.3] Hệ số an toàn bền: n
k
= 2,6; n
c
= 1,5
C – số bổ sung do ăn mòn,bào mòn và dung sai theo chiều dày: C = 1mm tính thời gian
làm việc là 20 năm
4.6.2. Tính toán bề dày thân tháp
Giới hạn bền các ứng suất:
[σ

k1
] = η = 1,0 = 207,69 Ν/m
2
[σ
k2
] = η = 1,0 = 211,54 Ν/m
2
[σ
c
] = η = 1,0 = 146,67 Ν/m
2
φ - hệ số bền của thành tháp theo phương dọc: φ = φ
h
= 0,95.
17
Áp suất môi trường P
môi trường
= 1 at = 10
5
N/m
2
Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng:
ρ
tL
= = = 887,4 kg/m
3
Áp suất làm việc của tháp chưng cất:
P = ρ
tL
gH

tt
+ ΔP + P
môi trường
= 887,49,818,348+ 7094,69 + 10
5
= 0,1810
6
N/m
2
.
Vì = 0,95 = 774,092 > 50, do đó bỏ qua đại lượng P ở mẫu số của công thức:
S = + C = + 0,001 = 1,3210
-3
m (XIII.8, [2]) (5.4)
Chọn thép X18H10T theo tiêu chuẩn [2, 364, XIII.9]: S =2mm
Kiểm tra ứng suất của thành theo áp suất thử (dùng nước).
Lấy áp suất thử p
th
= 1,5P = 0,1810
6
1,5 < 0,210
6
Áp suất thử tính toán p
0
:
p
0
= p
th
+ ρ

tL
gH
tt
+ ΔP = 0,210
6
+ 887,49,818,348 + 7094,69= 0,35210
6
N/m
2
σ = = = 92,8210
6
<= 183,310
6
4.7. Bề dày đáy và nắp có gờ
Chiều dày S được xác định theo công thức sau:
S = + C, m (XIII.47, [2]) (5.5)
Trong đó h
t
-chiều cao phần lồi của đáy(nắp),m;
φ
h
– hệ số bền của mối hàn hướng tâm
k – hệ số không thứ nguyên, đối với với đáy có lỗ được tăng cứng hoàn toàn thì k = 1
Bởi vì = = 774,09> 30 nên đại lượng P ở mẫu số có thể bỏ qua. Chiều dày nắp được tính
theo công thức:
S = + C = + 0,001
=> S =1,3410
-3
m = 1,34 mm
S – C = 1,15 – 1 = 0,34 => thêm 2mm vào S. => S =3,34 mm

Chọn chiều dày theo tiêu chuẩn 4 mm.
Kiểm tra ứng suất thành của nắp thiết bị theo áp suất thử thủy lực:
σ = = = 27,1810
6
< = 183,310
6
.
Kết luận:
 Đường kính trong D
t
: 0,5 m
 h
t
= 125m
 Chiều cao gờ h
gờ
= 0,025 m
 Bề dày nắp (đáy) S = 4mm
 Diện tích bề mặt trong: S
bề mặt
= 0,31 m
2
 Vì bề dày thân S = 2mm nên chọn thân có cùng bề dày với đáy: S
thân
= 4mm
4.8. Bích ghép thân – đáy và nắp
Mặt bích là bộ phận quan trọng dùng để nối các phần thiết bị cũng như nối các bộ phận
khác với thiết bị. Các loại mặt bích thường sử dụng: Bích liền, Bích tự do và bích ren.
18
Chọn bích được ghép thân, đáy và nắp làm bằng thép CT3, cấu tạo của bích là bích liền

không cổ.
[2, 417, XIII.27], ứng với D
t
= φ = 500 (mm) vàáp suất tính toán P = 0,1810
6
(N/m
2
) ⇒
chọn bích có các thông số sau:
D
t
D D
b
D
1
D
o
h
Bu lông
d
b
Z
(mm) (cái)
500 630 580 550 511 20 M20 16
[2, 170, IX.5], với ∆h = 300 (mm) ⇒ khoảng cách giữa 2 mặt bích là 900mm và số mâm
giữa 2 mặt bích là 3.
Ta có:
2
348,8
2

=
thân
H
= 4,174 ⇒ Số mặt bích cần dùng để ghép là: (4 + 1).2 = 10 (bích)
Độ kín của mối ghép bích chủ yếu do vật đệm quyết định. Khi xiết bu lông, đệm bị biến
dạng và điền đầy lên các chỗ gồ ghề trên bề mặt của bích. Vậy, để đảm bảo độ kín cho
thiết bị ta chọn đệm là dây amiăng, có bề dày là 3(mm).
4.9. Lớp cách nhiệt
Chọn vật liệu cách nhiệt cho thân tháp là amiăng có bề dày là δ
a
.
[3, 416, 28]: Hệ số dẫn nhiệt của amiăng là λ
a
= 0,151 (W/m.K).
Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh:
Q
m
= 0,05.Q
đ
= 328,23
×
110,4= 36236,592 (kJ/h) = 10065,72 (W)
Nhiệt tải mất mát riêng:
q
m
=
v
a
a
2v1v

a
a
tb
m
t.)tt.(
f
Q
∆
δ
λ
=−
δ
λ
=
(W/m
2
)
Trong đó:
t
v1
: nhiệt độ của lớp cách nhiệt tiếp xúc với bề mặt ngồi của tháp.
t
v2
: nhiệt độ của lớp cách nhiệt tiếp xúc với không khí.
∆t
v
: hiệu số nhiệt độ giữa hai bề mặt của lớp cách nhiệt.
Để an tòan ta lấy ∆t
v
= ∆t

max
= t
đy
- t
kk
Chọn t
kk
= 30
o
C ⇒∆t
v
= ∆t
max
= 99,8 – 30 = 69,8 (K)
f
tb
: diện tích bề mặt trung bình của tháp (kể cả lớp cách nhiệt), m
2
.
f
tb
= πD
tb
H =
H
SDD
H
DD
athânttnt
2

22
2
δ
ππ
+++
=
+
= π(D
t
+ S
thân
+ δ
a
)H
Ta có phương trình:
8,69
151,0
348,8)004,05,0(
72,10065
×=
×++×
aa
δδπ
19
⇔
aa
δδ
1
)504,0(
415,36

=
+
⇔ 36,415δ
a
= 0,504 + δ
a
⇔δ
a
= 0,01423 (m) = 14,23 (mm)
Kết luận: chọn δ
a
= 15 (mm).
Thể tích vật liệu cách nhiệt cần dng:
V = π(D
t
+ 2S
thân
+ δ
a
).δ
a
.H = π.(0,5 + 2
×
0,004 + 0,015)
×
0,015
×
8,348 = 0,206 (m
3
).

4.10. Cửa nối ống dẫn với thiết bị
4.10.1.Ống nhập liệu
Khối lượng riêng của hỗn hợp: ρ
F
= 928,3 kg/m
3
Chọn loại ống nối cắm sâu vào thiết bị.
Chọn vận tốc chất lỏng trong ống nối là v
F
= 1 m/s
Đường kính trong của ống nối:
D
y
=
023,0
1 928,33600
45,13924
3600
.4
=
×××
×
=
ππρ
FF
F
v
G
m
 Chọn ống theo tiêu chuẩn [2, 454, XIII.32]có D

y
= 25 mm
[2, 434, XIII.32]=> Chiều dài đoạn ống nối l = 90 mm
[2, 409, XII.26]=>Các thông số của bích ứng với P = 0,1810
6
N/m
2
là:
D
y
D
n
D D
d
D
l
h
Bu lông
d
b
Z
(mm) (cái)
25 32 100 75 60 12 M10 4
4.10.2.Ống hơi ở đỉnh tháp
Chọn vận tốc hơi ra khỏi đỉnh tháp là v
HD
= 100 m/s
- Nồng độ trung bình của pha hơi ở đỉnh tháp: y
D
= x

D
= 0,965
=> Nhiệt độ trung bình của pha hơi ở đỉnh tháp: T
HD
= 65,8
o
C
- Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần luyện:
3
/133,1
)2738,65(
273
4,22
51,311
mkg
RT
PM
HD
D
hD
=
+×
×
==
ρ
Đường kính trong của ống nối:
D
y
=
046,0

10014,3133,13600
1) (3,31157,774
3600
)1(.4
=
×××
+××
=
+×
HDhD
D
v
RG
πρ
m
=> Chọn ống có D
y
= 50 mm
[2, 434, XIII.32]=> Chiều dài đoạn ống nối l = 100 mm
[2, 409, XIII.26]=>Các thông số của bích ứng với P = 0,1810
6
N/m
2
là:
D
y
D
n
D D
d

D
l
h
Bu lông
d
b
Z
(mm) (cái)
50 57 140 110 90 12 M12 4
4.10.3.Ống hoàn lưu
Chọn loại ống nối cắm sâu vào thiết bị.
Chọn vận tốc chất lỏng trong ống nối là v
LD
= 1 m/s
20
[1, 311, 1.249]Khối lượng riêng của nước ở 65
o
C:
ρ
n
= 980,5 kg/m
3
[1, 9, 1.2] Khối lượng riêng của metanol ở 65
o
C:
ρ
m
= 751,0 kg/m
3
[1, 5, 1.2] Khối lượng riêng của dòng hoàn lưu

3
10.33,1
5,980
98,01
0,751
98,0
1
1
−
=
−
+=
−
+=
n
D
m
D
L
xx
ρρρ

ρ
L
= 754,53 kg/m
3
Đường kính trong của ống nối:
D
y
=

0156,0
1 754,533600
522,444
3600
.4
=
×××
×
=
ππρ
LDL
L
v
G
m
 Chọn ống có D
y
= 20 mm
[2, 434, XIII.32]=> Chiều dài đoạn ống nối l = 80 mm
[2, 409, XIII.26]=>Các thông số của bích ứng với P = 0,1810
6
N/m
2
là:
D
y
D
n
D D
d

D
l
h
Bu lông
d
b
Z
(mm) (cái)
20 25 90 65 50 12 M10 4
4.10.4.Ống hơi ở đáy tháp
- Nồng độ trung bình của pha hơi ở đáy tháp: y
W
= x
W
= 0,00565
=> Nhiệt độ trung bình của pha hơi ở đáy tháp: T
HW
= 99,8
o
C
- Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần chưng:
3
/591,0
)2738,99(
273
4,22
08,181
mkg
RT
PM

HW
W
hW
=
+×
×
==
ρ
Chọn vận tốc hơi vào đáy tháp là v
HW
= 120 m/s
Đường kính trong của ống nối:
D
y
=
078,0
120.591,03600
1234,684
3600
.4
=
×××
×
=
ππρ
HWhW
W
v
G
m

 Chọn ống có D
y
= 80 mm
[2, 434, XIII.32]=> Chiều dài đoạn ống nối l = 110 mm
[2, 409, XIII.26]=>Các thông số của bích ứng với P = 0,1810
6
(N/mm
2
):
D
y
D
n
D D
d
D
l
h
Bu lông
d
b
Z
(mm) (cái)
80 89 185 150 128 14 M16 4
4.10.5.Ống dẫn lỏng ra khỏi đáy tháp
Chọn vận tốc chất lỏng trong ống nối là v
LW
= 0,5 m/s
Đường kính trong của ống nối:
D

y
=
03,0
5,0 955,823600
68,12344
3600
.4
=
×××
×
=
ππρ
LWLW
LW
v
G
m
=> Chọn ống có D
y
= 32 mm
[2, 434, XIII.32]=> Chiều dài đoạn ống nối l = 90 mm
21
[2, 409, XIII.26]=>Các thông số của bích ứng với P = 0,1810
6
N/m
2
là:
D
y
D

n
D D
d
D
l
h
Bu lông
d
b
Z
(mm) (cái)
32 38 120 90 70 12 M12 4
4.11. Chân đỡ tháp
4.11.1.Tính trọng lượng cả toàn tháp
[2, 313, XII.7]⇒ Khối lượng riêng của tháp CT3 là: ρ
CT3
= 7850 (kg/m
3
)
Khối lượng của một bích ghép thân:
m
bích ghép thân
=
( )
( )
785002,05,063,0
44
22
3
2

2
××−=−
π
ρ
π
CTt
hDD
= 18,11 (kg)
Khối lượng của dung dịch trong tháp:
m
dd
= 0,4.π(D
2
t
/4).H
tt
.ρ
tL
= 0,4
×
π
×
0,5
2
×
8,348/4
×
887,4 = 581,82 (kg)
Khối lượng của một mâm:
m

mâm
=
THXmâmt
SD
1018
2
%)10%8%100(
4
ρ
π
−−
=
4
π
0,5
2
×
0,002
×
0,82
×
7900 = 2,54 (kg)
Khối lượng của thân tháp:
m
thân
=
4
π
.(D
2

ng
–D
2
t
).H
thân
. ρ
X18H10T
=
( )
7900348,85,0508,0
4
22
××−×
π
= 417,69 (kg)
Khối lượng của đáy (nắp) tháp:
m
đáy(nắp)
= S
bề mặt
.δ
đáy
. ρ
X18H10T
= 0,31
×
0,004
×
7900 = 9,796 (kg)

Khối lượng riêng lớp cách nhiệt [3, 416, 28]: ρ
cách nhiệt
= 600kg/m
3
Khối lượng lớp cách nhiệt:
m
cách nhiệt
= ρ
cách nhiệt
×
V = 600
×
0,206 = 123,6 (kg)
Khối lượng ống nhập liệu:
m
ống nhập liệu
= π(D
n
2
/4 – D
t
2
/4) .l.ρ
X1810T
+ π(D
2
/4 – D
n
2
/4).h.ρ

CT3
= π(0,032
2
/4 – 0,025
2
/4). 0,09.7900 + π(0,1
2
/4 – 0,032
2
/4).0,012.7850 = 0,887 (kg)
Khối lượng ống hơi đỉnh tháp:
m
ống hơi đỉnh tháp
= π(D
n
2
/4 – D
t
2
/4) .l.ρ
X1810T
+ π(D
2
/4 – D
n
2
/4).h.ρ
CT3
= π(0,057
2

/4 – 0,05
2
/4). 0,1.7900 + π(0,14
2
/4 – 0,057
2
/4).0,012.7850 = 1,67 (kg)
Khối lượng ống hoàn lưu:
m
ống hoàn lưu
= π(D
n
2
/4 – D
t
2
/4) .l.ρ
X1810T
+ π(D
2
/4 – D
n
2
/4).h.ρ
CT3
= π(0,025
2
/4 – 0,02
2
/4). 0,08.7900 + π(0,09

2
/4 – 0,025
2
/4).0,012.7850 = 0,665 (kg)
Khối lượng ống hơi đáy tháp:
m
ống hơi đáy tháp
= π(D
n
2
/4 – D
t
2
/4) .l.ρ
X1810T
+ π(D
2
/4 – D
n
2
/4).h.ρ
CT3
= π(0,089
2
/4 – 0,08
2
/4). 0,11.7900 + π(0,185
2
/4 – 0,089
2

/4).0,014.7850 = 3,31 (kg)
Khối lượng ống lỏng đáy tháp:
m
ống lỏng đáy tháp
= π(D
n
2
/4 – D
t
2
/4) .l.ρ
X1810T
+ π(D
2
/4 – D
n
2
/4).h.ρ
CT3
= π(0,038
2
/4 – 0,032
2
/4). 0,09.7900 + π(0,120
2
/4 – 0,038
2
/4).0,012.7850 = 1,19 (kg)
Khối lượng của tòan tháp:
m = 10 m

bích ghép thân
+ 24 m
mâm
+ m
thân
+ 2 m
đáy(nắp)
m
dd
+ 10m
bích thân
+ m
bích ống
= 1392,4 (kg)
4.11.2.Tính chân đỡ tháp
Chọn chân đỡ: tháp được đỡ trên bốn chân.
22
Vt liu lm chõn thỏp l thộp CT3.
Truùc thieỏt bũ
Theo ủaựy
thieỏt bũ
Ti trng cho phộp trờn mt chõn: G
c
=
4
81,91392,4
44
ì
==
mgP

= 3414,86 (N)
m bo an tũan cho thit b, ta chn: G
c
= 0,5.10
4
(N)
[2, 437, XIII.35] chn chõn cú cỏc thụng s sau:
L B B
1
B
2
H h s l d
160 110 135 195 240 145 10 55 23
4.12. Tai treo thỏp
Chn tai treo: tai treo c gn trờn thõn thỏp gi cho thỏp khi b dao ng trong iu
kin ngoi cnh.
Chn vt liu lm tai treo l thỏp CT3.
Ta chn bn tai treo, ti trng cho phộp trờn mt tai treo: G
t
= G
c
= 0,5.10
4
(N).
[2, 438, XIII.36] chn tai treo cú cỏc thụng s sau:
L B B
1
H S l a d
100 75 85 155 6 40 15 18
[2, 439, XIII.37] Chn tm lút tai treo bng thộp CT3 cú cỏc thụng s sau:

Chiu dy tm lút
(H)
B (mm) S
H
(mm)
260 140 6
Th tớch mt tm lút tai treo: V
tm lút
= 260
ì
140
ì
6
ì
10
-9
= 2,184
ì
10
-4
(m
3
)
Khi lng mt tm lút tai treo: m
tm lút
= V
tm lút.

CT3
= 2,184

ì
10
-4
ì
7850 = 1,71(kg)
5. Tớnh toỏn thit b ph
5.1. Thit b un sụi ỏy thỏp
Chn thit b un sụi ỏy thỏp l ni un Kettle. ng truyn nhit c lm bng thộp
X18H10T, kớch thc ng 38 x 3. ng kớnh ngoi: d
n
= 38 mm = 0,038 m. B dy ng:

t
= 3 mm = 0,003 m. ng kớnh trong: d
t
= 0,032 m.
23
Nhiệt độ sản phẩm đáy khi vào nồi đun (lỏng): 99
0
C và sau khi ra nồi đun để vào tháp
(hơi): 99,8
0
C.
Nhiệt độ hơi bão hòa 2at vào nồi đun [1, 314, 1.251]: 119,6
0
C
5.1.1. Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarith
Δt
log
=== 20,2

5.1.2. Hệ số truyền nhiệt, K
21
11
1
αα
+Σ+
=
t
r
K
α
1
: hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đáy
α
2
: hệ số cấp nhiệt của hơi đốt 2 at
r
t
: nhiệt trở của thành ống và lớp cáu.
Bề dày thành ống: δ
t
= 0,003 m
[2, 313, XII.7]Hệ số dẫn nhiệt của thép X18H10T: λ
t
= 16,3 W/mK
[3, 419, 31]Nhiệt trở lớp bẩn trong ống: r
1
= 1/5800 m
2
.K/W

[3, 419, 31]Nhiệt trở lớp cáu ngoài ống: r
2
=1/5800 m
2
.K/W
Nên: ∑r
t
= 5,289.10
-4
m
2
.K/W
5.1.3. Xác định hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đáy
Áp dụng công thức:
α
1
= 7,77 . 10
-2
.
0,37
s
0.11745,0
0,775,0
0,333
0,033
h
h
T.c.
q.

r.
µ
λ






σ
ρ








ρ−ρ
ρ
(V.89, [2]) (6.1)
 Nhiệt độ trung bình của sản phẩm đáy: t
s
= = = 99,4 (
0
C)
 Khối lượng riêng trung bình pha hơi sản phẩm đáy:
3
/592,0

)2734,99(
273
4,22
08,181
mkg
RT
PM
hC
hC
hC
=
+×
×
==
ρ
[1, 310, 1.249]Khối lượng riêng của nước: ρ
n
= 958,81 kg/m
3
.
[1, 9, 1.2]Khối lượng riêng của methanol: ρ
m
= 714,66 kg/m
3
.
Khối lượng riêng của sản phẩm đáy theo (3.1) =>ρ = 955,55 kg/m
3
.
[1, 310, 1.249] Sức căng bề mặt của nước: σ
n

= 0,5897 N/m
[1,301,1.242] Sức căng bề măt của methanol: σ
m
= 0,01576 N/m
Sức căng bề mặt sản phẩm đáy theo (4.4): σ = 0,0153 N/m.
[1, 310, 1.249]Hệ số dẫn nhiệt của nước: λ
n
= 0,68188 W/mK
[1, 134, 1.130]Hệ số dẫn nhiệt của methanol: λ
m
= 0,19909 W/mK
 λ =
)).(1.(.72,0)1.(.
mnWWWnWm
xxxx
λλλλ
−−−−+
= 0,674 W/mK (6.3)
[1, 95, 1.102] Độ nhớt của nước: µ
n
= 2,85610
-4
N.s/m
2
[8, 16, 9]Độ nhớt của methanol: µ
m
= 2,415.10
-4
N.s/m
2

Áp dụng công thức (3.2): ⇒µ = 2,853.10
-4
N.s/m
2
[1, 310, 1.249] Nhiệt dung riêng của nước: C
n
= 4219,52 J/kgK
[1, 172, 1.154] Nhiệt dung riêng của methanol: C
m
= 2961,85 J/kgK
=> Nhiệt dung riêng của sản phẩm đáy theo : C = C
m
W
x
+ C
n
. (1 -
W
x
) = 4206.94 J/kgK
24
[1, 312, 1.250]Nhiệt hóa hơi của nước:r
n
= 2261,56 kJ/kg
[8, 38, 45]Nhiệt hóa hơi của methanol:r
m
= 1015,35 kJ/kg
=> Nhiệt hóa hơi của sản phẩm đáy: r = r
m
W

x
+ r
n
.(1 -
W
x
) = 2249,1 kJ/kg
5.1.4. Xác định hệ số cấp nhiệt của hơi đốt trong ống
Áp dụng công thức:
4
ngW1n
32
n
2
).dt (t
.g r
725,0
n
nn
µ
λρ
α
=
( 3.65, [3]) (6.4)
Dùng phép lặp: chọn t
W1
= 118,26
o
C
Nhiệt độ trung bình của màng nước ngưng tụ: t

m
=
=
+

2
t t

W1n
118,93
o
C
Tại nhiệt độ này thì:
- Khối lượng riêng của nước: ρ
n
= 943,9453 kg/m
3
- Độ nhớt của nước: µ
n
= 2,34568.10
-4
N.s/m
2
- Hệ số dẫn nhiệt của nước: λ
n
= 0,685786 W/mK
Nên: α
2
=20334,76W/m
2

K
⇒ q
n
= α
2
(t
n
– t
W1
) = 27248,58W/m
2
⇒ q
t
= q
n
= 27248,58 W/m
2
(xem nhiệt tải mất mát là không đáng kể)
⇒ t
w2
= t
w1
- q
t
Σr
t
= 103,85
o
C
⇒α

1
= 6126,025 W/m
2
K (với q = q
t
)
⇒ q
S
= α
1
(t
W2
– t
S
) = 27249,96W/m
2
Kiểm tra sai số:
ε =
n
Sn
q
qq −
100% = 5,05. 10
-3
% < 5% (thỏa)
Kết luận: t
w1
= 118,26
o
C và t

w2
= 103,85
o
C
5.1.5. Xác định hệ số truyền nhiệt
025,6126
1
10.289,5
76,20334
1
1
4
++
=
−
K
= 1348,95 W/m
2
K
5.1.6. Bề mặt truyền nhiệt
Bề mặt truyền nhiệt được xác định theo phương trình truyền nhiệt:
F =
2,02.95,1348.3600
1000.23,328.8,2715
.
log
=
∆tK
Q
ñ

= 9,087 m
2
5.1.7. Cấu tạo thiết bị
Chọn chiều dài ống là 1,5m. Ống được bố trí theo hình lục giác đều.
Số ống truyền nhiệt: n =
2
tn
dd
L
F
+
π
= 61 (ống).
5.2. Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy
Chọn thiết bị làm nguội sản phẩm đáy là thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống.
Ống truyền nhiệt được làm bằng thép X18H10T:
25