Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp metylic nước

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP- TỰ DO- HẠNH PHÚC
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
Họ và tên SV: Nguyễn Ngọc Minh
MSV: 0441120070
Lớp: ĐH Công Nghệ Hóa 1 Khóa: IV
Khoa: Công nghệ hóa
Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thế Hữu
NỘI DUNG: Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ có ống
chảy truyền để phân tách hỗn hợp: Metylic- Nước với các số liệu ban đầu như
sau:
- Năng suất hỗn hợp đầu = 9988,7kg/giờ
- Nồng độ cấu tử dễ bay hơi :
+ hỗn hợp đầu a
F
=32,7%
+ hỗn hợp đầu a
p
=92,2%
+ hỗn hợp đầu a
w
=1,0%
Tháp
làm việc
ở áp suất
thường, hỗn hợp được gia nhiệt trong đến nhiệt độ sôi
Nguyễn Ngọc Minh MSV:0441120070 1
B b

STT
Tên bản vẽ Khổ giấy Số lượng
1 Vẽ dây chuyền sản xuất A
4
01
2 Vẽ hệ thống tháp chưng luyện A
0
01
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa

PHẦN THUYẾT MINH
MỤC LỤC
MỤC LỤC:…………………………………………………………………………
LỜI CẢM ƠN:………………………………………………………………………….4
LỜI NÓI ĐẦU:……………………………………………………………………… 6
PHẦN I : GIỚI THIỆU CHUNG…………………………………………………………………….7
I. Lý thuyết về chưng luyện………….………………….…………………7
1.1 Phương pháp chưng luyện… ……………………… … ……… 7
1.2 Thiêt bị chưng luyện ……………………………………………… 8
2 Giới thiệu về hồn hợp được chưng luyện…………………………….8
2.1 Nước………………………………………………………………….8
2.2 Metylic……………………………………………… …………… 13
2.3 Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất……… ………………… 13
2.3.1 Dây chuyền sản xuất…………………………………………………13
PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH………………………………15
2.1 Tính toán cân bằng vật liệu toàn thiết bị……………………………… 15
2.2 Cân bằng vật liệu……………………………………………………… 16
2.3 Tính chỉ số hồi lưu tối thiểu…………………………………………… 17
2.1.3 Tính chỉ số hồi lưu thích hợp………………………………………….
2.1.4 Số đía lý thuyết………………………………………………… ……30

Nguyễn Ngọc Minh MSV:0441120070 2
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa
2.1.5 Phương trình đường nồng độ làm việc……………………………….31
2.2 Tính đường kính tháp……………………………………………… 31
2.2.1 Lượng hơi trung bình các dòng pha đi trong tháp………………… 32
2.2.2 Khối lượng riêng trung bình…………………………………………37
2.2.3 Vận tốc đi trong tháp……………………………………………… 40
2.2.4 Tính đường kính tháp……………………………………………… 40
2.3 Tính chiều cao tháp………………………………………………….41
2.3.1 Hệ số khuếch tán…………………………………………………….41
2.3.2 Hệ số cấp khối……………………………………………………….42
2.3.3 Hệ số chuyển khối, đường cong động học, số đĩa thực tế………… 47
2.3.4 Hiệu suất tháp, chiều cao tháp……………………………………….53
2.3.5 Chọn loại đĩa…………………………………………………………53
2.4 Tính trở lực tháp…………………………………………………… 54
2.4.1 Trở lực của đĩa khô………………………………………………… 54
2.4.2 Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt………………………………….55
2.4.3 Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa……………………………………56
2.4.4 Trở lực tháp………………………………………………………
2.5 Tính cân bằng nhiệt lượng ……………………………………… 57
2.5.1 Tính cân bằng nhiệt trong thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu…………58
2.5.2 Tính cân bằng nhiệt lượng toàn tháp chưng luyện……………… 60
2.5.3 Tính cân bằng nhiệt lượng trong thiết bị ngưng tụ……………….63
2.5.4 Tính cân bằng nhiệt lượng trong thiết bị làm lạnh……………….64
Nguyễn Ngọc Minh MSV:0441120070 3
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa
PHẦN III: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ……………………………………66
3.1 Tính toán thân tháp…………………………………………………66
3.1.1 Áp suất trong thiết bị…………………………………………… 66
3.1.2 Ứng suất cho phép……………………………………………….67

3.1.3 Tính hệ số bền của thành hình trụ theo phương pháp dọc………67
3.1.4 Đại lượng bổ sung………………………………………………68
3.1.5 Chiều dày thân tháp…………………………………………… 68
3.2 Tính điều kiện các ống dẫn …………………………………… 69
3.2.1 Điều kiện các ống cháy truyền………………………………….69
3.2.2 Điều kiện ống dẫn hỡn hợp đầu của tháp……………………….70
3.2.3 Điều kiện ống dẫn hơn trong đỉnh tháp…………………………70
3.2.4 Điều kiện ống dẫn sản phẩm đáy……………………………… 71
3.2.5 Điều kiện ống dẫn hơi ngưng tụ hồi lưu……………………… 72
3.2.6 Điề kiện ống dẫn hơi sản phẩm đáy hồi lưu…………………….73
3.3 Tính đáy và nắp thiết bị………………………………………….73
3.4 Chọn mặt bích…………………………………………………….76
3.4.1 Chọn mặt bích để nối thân tháp và nắp tháp…………………….76
3.4.2 Chọn mặt bích để nối ống dẫn thiết bị………………………… 76
3.5 Tính và chọn giá đỡ, tai trèo………………………………………77
3.5.1 Tính khối lượng toàn bộ tháp……………………………………77
PHẦN IV: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ………………………… 83
Nguyễn Ngọc Minh MSV:0441120070 4
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa
4.1 Tính toán thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu………………………… 83
4.1.1 Tính hiệu số nhiệt trung bình……………………………………83
4.1.2 Tính lượng nhiệt trao đổi……………………………………… 84
4.1.3 Tính hệ số cấp khối………………………………………………
4.2 Tính bơm và thùng cao vị……………………………………… 91
4.2.1 Tính các trở lực …………………………………………………92
4.2.2 Tính chiều cao thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu……………… 100
4.2.3 Tính và chọn bơm………………………………………………101
PHẦN V: KẾT LUẬN CHUNG…………………………………………………
PHẦN VI: TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………… 103
Nguyễn Ngọc Minh MSV:0441120070 5

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa
Lời Cảm Ơn
Chúng ta đang sống trong nền kinh tế hậu công nghiệp hay còn gọi là
kinh tế mới, nền kinh tế tri thức. Đặc trưng chủ yếu của nền kinh tế này là sự
xuất hiện của các ngành công nghệ cao, công nghệ tự động hóa và người máy,
công nghệ thông tin, công nghệ vật liệu mới… Trong ngành công nghệ vật liệu
mới không thể không nhắc tới ngành công nghệ hóa học, bởi công nghệ hóa
học thuộc nghành công nghệ đòi hỏi kỹ thuật cao, mức độ phát triển khoa học
của một đất nước.
Khi mà khoa học kỹ thuật càng phát triển, nhu cầu về đồ dùng phương tiện
phục vụ càng lớn thì đòi hỏi đến sản phẩm hóa học càng nhiều. Nhận thấy rõ
sự phát triển như vũ bão của ngành công nghệ hóa học với lối tư duy nhạy
bén và sáng tạo, khoa Công Nghệ Hóa trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội đã
đào tạo ra những sinh viên chuyên ngành hóa. Điều đó không chỉ cung cấp
cho đất nước đội ngũ những công nhân lành nghề, những thợ kỹ thuật có tay
nghề cao mà nó còn mở ra cơ hội việc làm cho giới trẻ trong lĩnh vực khá mới
mẻ này.
Là một sinh viên khoa Công Nghệ Hóa của trường, chúng em đã được trang
bị rất nhiều những kiến thức cơ bản về các quá trình thiết bị của công nghệ
sản xuất những sản phẩm hóa học, để củng cố những kiến thức đã học, cũng
như để phát huy trình độ độc lập sáng tạo giải quyết một vấn đề cụ thể của
sinh viên trong thực tế sản xuất, chinh vì vậy khi được nhận bản đồ án quá
trình thiết bị này là một cơ hội tốt để cho chúng em được tìm hiểu về các
quá trình công nghệ, được vận dụng những kiến thức đã được học và mở
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa
rộng vốn kiến thức của mình, từ đó cho chúng em cái nhìn cụ thể hơn về
ngành nghề mình đã lựa chọn.
Bản đồ án này không chỉ làm sáng tỏ thêm lý thuyết, nắm vững phương pháp
tính toán và nguyên lý vận hành thiết bị, mà đây chính là một cơ hội tốt để
sinh viên tập dượt giải quyết những vấn đề cụ thể trong thực tế sản xuất.

Để hoàn thành được bản đồ án này em xin gửi lời cám ơn chân thành nhất
đến các thầy cô khoa Công Nghệ Hóa, đặc biệt là thầy giáo Nguyễn Thế Hữu
đã giành cho chúng em sự ưu đãi đặc biệt, tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, tạo
điều kiện thuận lợi cho chúng em làm đồ án.
Do thời gian và kiến thức bản thân em còn hạn chế nên bản đồ án không
tránh khỏi những thiếu sót em rất mong nhận được sự góp ý, những lời nhận
xét và sửa chữa của thầy cô để bản đồ án của em được hoàn chỉnh hơn.
Một lần nữa em xin chân thành cám ơn!
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa
Lời Nói Đầu
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nền công nghiệp
đã mang lại cho con người những lợi ích vô cùng to lớn về vật chất và tinh
thần. Để nâng cao đời sống nhân dân, để hòa nhập chung với sự phát triển
chung của các nước trong khu vực cũng như trên thế giới Đảng và Nhà nước
ta đã đề ra mục tiêu công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước.
Trong tiến trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước những nghành
mũi nhọn như công nghệ thông tin, công nghệ sinh học, công nghệ điện tử tự
động hóa…công nghệ hóa giữ vai trò quan trọng trong việc sản xuất các sản
phẩm phục vụ cho nền kinh tế quốc dân, tạo tiền đề cho nhiều ngành khác
phát triển.
Khi kinh tế phát triển thì nhu cầu của con người ngày càng tăng. Do vậy
các sản phẩm cũng đòi hỏi cao hơn, đa dạng hơn, phong phú hơn, theo đó
công nghệ sản xuất cũng phải nâng cao. Trong công nghệ hóa học nói chung
việc sử dụng hóa chất có độ tinh khiết cao là yếu tố căn bản tạo ra sản phẩm
có chất lượng cao. Có nhiều phương pháp khác nhau để làm tăng nồng độ, độ
tinh khiết như: chưng luyện, chưng cất, cô đặc, trích ly. Tùy vào tính chất của
hệ mà ta lựa chọn phương pháp thích hợp.
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa
Phần I: GIỚI THIỆU CHUNG
I. LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN:

1) Phương pháp chưng luyện:
Chưng luyện là một phương pháp nhằm để phân tách một hỗn hợp khí
đã hóa lỏng dựa trên độ bay hơi tương đối khác nhau giữa các cấu tử thành
phần ở cùng một áp suất.
Phương pháp chưng luyện này là một quá trình trong đó hỗn hợp được
bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần. Kết quả cuối cùng ở đỉnh tháp ta thu được một
hỗn hợp gồm hầu hết các cấu tử dễ bay hơi và nồng độ đạt yêu cầu. Phương
pháp chưng luyện cho hiệu suất phân tách cao, vì vậy nó được sử dụng nhiều
trong thực tế.
Dựa trên các phương pháp chưng luyện liên tục, người ta đưa ra nhiều
thiết bị phân tách đa dạng như tháp chóp, tháp đĩa lỗ không có ống chảy
truyền, tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền, tháp đệm… Cùng với các thiết bị ta có
các phương pháp chưng cất là:
a. Áp suất làm việc:
- Chưng cất ở áp suất thấp.
- Chưng cất ở áp suất thường.
- Chưng cất ở áp suất cao.
Nguyên tắc của phương pháp này là dựa trên nhiệt độ sôi của các cấu
tử: nếu nhiệt độ sôi của các cấu tử quá cao thì giảm áp suất làm việc để giảm
nhệt độ sôi của các cấu tử.
b. Nguyên lý làm việc: có thể làm việc theo nguyên lý liên tục hoặc gián
đoạn:
-Chưng gián đoạn: phương pháp này được sử dụng khi:
Nhiệt độ sôi của các cấu tử khác xa nhau.
Không cần đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao
Tách hỗn hợp lỏng ra khỏi tạp chất không bay hơi.
Tách sơ bộ hỗn hợp nhiều cấu tử.
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa
- Chưng liên tục: là quá trình được thực hiện liên tục nghịch dòng
và nhiều đoạn.

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa
1.1.2. Thiết bị chưng luyện:
Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp khác nhau nhưng
chúng đều có một yêu cầu cơ bản là diện tích tiếp xúc bề mặt pha lớn.
Tháp chưng luyện phong phú về kích cỡ và ứng dựng. Các tháp lớn
thường được sử dụng trong công nghệ lọc hóa dầu. Đường kính tháp phụ
thuộc vào lượng pha lỏng và lượng pha khí, độ tinh khiết của sản phẩm. Mỗi
loại tháp chưng lại có cấu tạo riêng, có ưu điểm và nhược điểm khác nhau,
vậy ta phải chọn loại tháp nào cho phù hợp với hỗn hợp cấu tử cần chưng và
tính toàn kích cỡ của thết bị cho phù hợp với yêu cầu.
Trong đồ án này em được giao thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại
tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp hai cấu tử là Nước –
Metylic, chế độ là việc ở áp suất thường với hỗn hợp đầu vào ở nhiệt độ sôi.
2. GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP ĐƯỢC CHƯNG LUYỆN:
2.1 Nước( H
2
O):



Nước là một hợp chất hóa học của oxy và hidro, có công thức hóa học là H
2
O.
Với các tính chất lý hóa đặc biệt (ví dụ như tính lưỡng cực, liên kết hiđrô và
tính bất thường của khối lượng riêng) nước là một chất rất quan trọng trong
nhiều ngành khoa học và trong đời sống; 70% diện tích của Trái Đất được
nước che phủ nhưng chỉ 0,3% tổng lượng nước trên Trái Đất nằm trong các
nguồn có thể khai thác dùng làm nước uống
o Cấu tạo:
Phân tử nước bao gồm hai nguyên tử hidro và một nguyên tử oxy. Về mặt

hình học thì phân tử nước có góc liên kết là 104,45°. Do các cặp điện tử tự do
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa
chiếm nhiều chỗ nên góc này sai lệch đi so với góc lý tưởng của hình tứ diện.
Chiều dài của liên kết O-H là 96,84 picomet
o Tính lưỡng cực:
Oxy có độ âm điện cao hơn hidro. Việc cấu tạo thành hình ba góc và việc tích
điện từng phần khác nhau của các nguyên tử đã dẫn đến cực tính dương ở
các nguyên tử hiđrô và cực tính âm ở nguyên tử oxy, gây ra sự lưỡng cực.
Dựa trên hai cặp điện tử đơn độc của nguyên tử ôxy, lý thuyết VSEPR đã giải
thích sự sắp xếp thành góc của hai nguyên tử hiđrô, việc tạo thành mô men
lưỡng cực và vì vậy mà nước có các tính chất đặc biệt. Vì phân tử nước có
tích điện từng phần khác nhau nên một số sóng điện từ nhất định như sóng
cực ngắn có khả năng làm cho các phân tử nước dao động, dẫn đến việc nước
được đun nóng. Hiện tượng này được áp dụng để chế tạo lò vi sóng.
- Các phân tử nước tương tác lẫn nhau thông qua liên kết hiđrô và
nhờ vậy có lực hút phân tử lớn. Đây không phải là một liên kết
bền vững. Liên kết của các phân tử nước thông qua liên kết hidro
chỉ tồn tại trong một phần nhỏ của một giây, sau đó các phân tử
nước tách ra khỏi liên kết này và liên kết với các phân tử nước
khác.
- Đường kính nhỏ của nguyên tử hidro đóng vai trò quan trọng
cho việc tạo thành các liên kết hidro, bởi vì chỉ có như vậy nguyên
tử hidro mới có thể đến gần nguyên tử oxy một chừng mực đầy
đủ. Các chất tương đương của nước, thí dụ như dihidro sulfua
(H
2
S), không tạo thành các liên kết tương tự vì hiệu số điện tích
quá nhỏ giữa các phần liên kết. Việc tạo chuỗi của các phân tử
nước thông qua liên kết cầu nối hidro là nguyên nhân cho nhiều
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa

tính chất đặc biệt của nước, thí dụ như nước mặc dù có khối
lượng mol nhỏ vào khoảng 18 g/mol vẫn ở thể lỏng trong điều
kiện tiêu chuẩn. Ngược lại, H
2
S tồn tại ở dạng khí cùng ở trong
những điều kiện này. Nước có khối lượng riêng nhỏ nhất ở 4 độ
Celcius và nhờ vào đó mà băng đá có thể nổi lên trên mặt nước;
hiện tượng này được giải thích nhờ vào liên kết cầu nối hiđro.
o Liên kết hiđro:
o Các tính chất hóa lý của nước:
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa
- Cấu tạo của phân tử nước tạo nên các liên kết hiđrô giữa các
phân tử là cơ sở cho nhiều tính chất của nước. Cho đến nay một
số tính chất của nước vẫn còn là câu đố cho các nhà nghiên cứu
mặc dù nước đã được nghiên cứu từ lâu.
- Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của nước đã được Anders
Celsius dùng làm hai điểm mốc cho độ bách phân Celcius. Cụ thể,
nhiệt độ nóng chảy của nước là 0 độ Celcius, còn nhiệt độ sôi (760
mm Hg) bằng 100 độ Celcius. Nước đóng băng được gọi là nước
đá. Nước đã hóa hơi được gọi là hơi nước. Nước có nhiệt độ sôi
tương đối cao nhờ liên kết hiđrô
- Dưới áp suất bình thường nước có khối lượng riêng (tỷ trọng)
cao nhất là ở 4 °C: 1 g/cm³ đó là vì nước vẫn tiếp tục giãn nở khi
nhiệt độ giảm xuống dưới 4 °C. Điều này không được quan sát ở
bất kỳ một chất nào khác. Điều này có nghĩa là: Với nhiệt độ trên
4 °C, nước có đặc tính giống mọi vật khác là nóng nở, lạnh co;
nhưng với nhiệt độ dưới 4 °C, nước lại lạnh nở, nóng co. Do hình
thể đặc biệt của phân tử nước (với góc liên kết 104,45°), khi bị
làm lạnh các phân tử phải dời xa ra để tạo liên kết tinh thể lục
giác mở. Vì vậy mà tỉ trọng của nước đá nhẹ hơn nước thể lỏng.

- Khi đông lạnh dưới 4 °C, các phân tử nước phải dời xa ra để tạo
liên kết tinh thể lục giác mở.
- Nước là một dung môi tốt nhờ vào tính lưỡng cực. Các hợp chất
phân cực hoặc có tính ion như axít, rượu và muối đều dễ tan
trong nước. Tính hòa tan của nước đóng vai trò rất quan trọng
trong sinh học vì nhiều phản ứng hóa sinh chỉ xẩy ra trong dung
dịch nước.
- Nước tinh khiết không dẫn điện. Mặc dù vậy, do có tính hòa tan
tốt, nước hay có tạp chất pha lẫn, thường là các muối, tạo ra các
ion tự do trong dung dịch nước cho phép dòng điện chạy qua.
- Về mặt hóa học, nước là một chất lưỡng tính, có thể phản ứng
như một axit hay bazơ. Ở 7 pH (trung tính) hàm lượng các ion
hydroxyt (OH
-
) cân bằng với hàm lượng của hydronium (H
3
O
+
).
Khi phản ứng với một axit mạnh hơn thí dụ như HCl, nước phản
ứng như một chất kiềm:
- HCl + H
2
O ↔ H
3
O
+
+ Cl
-
- Với ammoniac nước lại phản ứng như một axit:

- NH
3
+ H
2
O ↔ NH
4
+
+ OH
-
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa
1.2 METYLIC( CH
3
OH):
a-Tính chất vật lý
1.Tính chất lý học:
Rượu mêtylic là chất lỏng không màu,tan vô hạn trong nước có mùi vị
đặc trưng , rất độc , chỉ một lượng nhỏ xâm nhập vào cơ thể cũng có thể gây
mù lòa ,lượng lớn gây tử vong.
-Nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển t0s = 64,5
o
C
- Khối lượng riêng ở 20
o
C
ρ = 791,7 Kg/m
3
-Độ nhớt ở 20
o
C
µ = 0,6.10

3
−
N.s/m2 =0,6 cp
-Hệ số dẫn nhiệt ở 20
o
C
λ = 0,179kcal/m.h.độ = 0,2082 W/m.độ
-Nhiệt dung riêng ở 20
o
C
CP= 2570 J/kg.độ
-Nhiệt hóa hơi
r = 262,79 kcal/kg 64,5
o
C
-Nhiệt độ nóng chảy:
tnc= -97,8
o
C
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa
2.Tính chất hóa học:
Rượu mêtylic có công thức phân tử : CH3OH
công thức cấu tạo : H

H - C - O - H

H
phân tử lượng : 32 đvC
Trong phân tử rượu mêtylic có 3 loại liên kết : C - H , C - O , O - H ,trong đó
hai liên kết sau là liên kết cộng hóa trị phân cực ,đó là do độ âm điện của O

lớn hơn của C và H nên trong cả hai liên kết đó cặp electron góp chung đều
lệch về phía O làm cho nguyên tử H trở nên linh động hơn.Rượu mêtylic có
khả năng tham gia các phản ứng sau:
- làm phá vỡ liên kết C-OH với sự tách đi của nhóm -OH
- làm phá vỡ liên kết _-O-H với sự tách đi của -H.
- bị oxy hóa thành fomanđêhit :
CH
3
OH + CuO
→
HCHO + Cu
Rượu mêtylic được ứng dụng để sản xuất anđêhitfomic làm nguyên liệu cho
công nghệ chất dẻo
2. Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất:
2.1 Dây chuyền sản xuất:
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa
Hình 1.1. Sơ đồ dây chuyền công nghê chưng luyện liên tục
CHÚ THÍCH:
1. Thùng chứa hỗn hợp đầu 7. Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh
2. Bơm 8. Thùng chứa sản phẩm đỉnh
3. Thùng cao vị 9. Thiết bị gia nhiệt đáy tháp
4. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 10. Thùng chứa sản phẩm đáy
H¬i ®èt
N íc ng ng
1
2
3
4
5
10

6
7
8
9
H¬i ®èt
N íc l¹nh
N íc
N íc ng ng
11
11
N íc l¹nh
N íc
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa
5. Tháp chưng luyện 11. Thiết bị tháo nước ngưng
6. Thiết bị ngưng tụ hồi lưu
THUYẾT MINH:
Dung dịch đầu ở thùng (1) được bơm (2) bơm liên tục lên thùng cao vị
(3), mức chất lỏng cao nhất ở thùng cao vị được khống chế nhờ ống chảy
tràn, từ thùng cao vị dung dịch được đưa vào thiết bị đun nóng (4) qua lưu
lượng kế (11), ở đây dung dịch được đun nóng đến nhiệt độ sôi bằng hơi
nước bão hoà, từ thiét bi gia nhiệt (4) dung dịch được đưa vào tháp chưng
luyện (5) nhờ đĩa tiếp liệu, trong tháp hơi đi từ dưới lên gặp chất nỏng đi từ
trên xuống, nhiệt độ và nồng độ các cấu tử thay đổi theo chiều cao của tháp.
Vì vậy hơi từ đĩa phía dưới lên đĩa phía trên, các cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽ
được ngưng tụ lại và cuối cùng trên đỉnh ta thu được hỗn hợp gồm hầu hết
các cấu tử dễ bay hơi. Hơi đó đi vào thiết bị ngưng tụ hồi lưu (6), ở đây nó
được ngưng tụ lại.
Một phần chất lỏng đi qua thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh đến nhiệt độ
cần thiết rồi đi vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (8), một phần khác hồi lưu về
tháp ở đĩa trên cùng.

Chất lỏng đi từ trên xuống gặp hơi có nhiệt độ cao hơn, một phần cấu tử
có nhiệt độ sôi thấp được bốc hơi và do đó nồng độ cấu tử khó bay hơi trong
chất lỏng ngày càng tăng và cuối cùng ở đáy tháp ta thu dược hỗn hợp lỏng
gồm hầu hết là cấu tử khó bay hơi. Chất lỏng đi ra khỏi tháp được làm lạnh
rồi đi vào thùng chứa sản phẩm đáy (10). Như vậy với thiết bị làm việc liên
tục thì hỗn hợp đầu được đưa vào liên tục và sản phẩm cũng được tháo ra
liên tục
PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
2.1 Tính toán cân bằng vật liệu toàn thiết bị:
o Kí hiệu các đại lượng như sau:
F : lượng nguyên liệu đầu (kmol/h)
P : lượng sản phẩm đỉnh (kmol/h)
W: lượng sản phẩm đáy (kmol/h)
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa
x
F
: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu
x
P
: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đỉnh
x
W
: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy.
o Giả thiết:
+ Số mol pha hơi đi từ dưới lên là bằng nhau trong tất cả mọi tiết diện
của tháp.
+ Số mol chất lỏng không thay đổi theo chiều cao đoạn chưng và đoạn
luyện.
+ Hỗn hợp đầu đi vào tháp ở nhiệt độ sôi.
+ Chất lỏng ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ có thành phần bằng thành

phần của hơi đi ra ở đỉnh tháp.
+ Cấp nhiệt ở đáy tháp băng hơi đốt gián tiếp.
o Yêu Cầu thiết bị:
F: Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu = 9988,7kg/giờ
Thiết bị làm việc ở áp suất thường (P = 1 at)
Tháp chưng loại: tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền.
o Điều kiện:
a
F
: Nồng độ nước trong hỗn hợp đầu = 32,7% (phần khối lượng)
a
P
: Nồng độ nước trong sản phẩm đỉnh = 92,2% (phần khối lưọng)
a
W
: Nồng độ nước trong sản phẩm đáy = 1% (phần khối lượng)
M
A
: Khối lượng phân tử của nước = 18 (kg/kmol)
M
B
: Khối lượng phân tử của metylic = 32 (kg/kmol)
o Đổi từ phần khối lượng sang phần mol:
x = = = 0,463 (phần mol)
x= = = 0,954 (phần mol)
x = = = 0,0176 (phần mol)
o Tính khối lượng mol trung bình:
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa
Áp dụng công thức: M = x.M + (1 - x).M
Ta có :

M
F
= 0,463.18 + ( 1- 0,463).32= 25,518 (kg / kmol)
M
P
= 0,954.18 + (1- 0,954).32= 18,644 (kg / kmol)
M
w
= 0,0176.18 + (1- 0,0176).32= 31,7536 (kg / kmol)
D
U
D
0
F,xF
D,yD
P,xP
L
0
L
U
W,xW
2.2 Cân bằng vật liệu :
Hỗn hợp đầu vào F (nước – metylic) được phân tách thành sản phẩm
đỉnh P (nước), và sản phẩm đáy W ( metylic ). Ở đĩa trên cùng có 1 lượng
lỏng hồi lưu, ở đáy tháp có thiết bị đun sôi. Lượng hơi đi ra đỉnh tháp D
o
.
Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống chưng
Phương trình cân bằng vật liệu:
G = G + G

Trong đó:
- G là lượng hỗn hợp đầu đi vào tháp (kg / h)
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa
- G là lượng sản phẩm đỉnh (kg / h)
- G là lượng sản phẩm đáy (kg / h)
Phương trình cân bằng vật liệu cho cấu tử dễ bay hơi (H
2
O):
G.a
F
= G.a
P
+ G.a
W
Theo đề bài:
-Lượng hỗn hợp đầu:
G
F
= 9988,7kg/giờ= = 391,437 ( kmol/ h)
-Lượng sản phẩm đỉnh:
G
p
=G . = 9988,7. = 3471,95 ( kg/h)
==>G
P
= = 186,223 (kmol/h)
-Lượng sản phẩm đáy:
G = F. = 9988,7. =6516,75 (kmol/h)
- G
W

= = 205,229 ( kmol/h)
2.1. Tính chỉ số hồi lưu tối thiểu:

Từ số liệu bảng IX.2a (Sổ tay QT&TBCNHC-2 trang 150) ta có thành phần
cân bằng lỏng hơi của nước – metylic được cho theo bảng sau :
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
t 100 92,
3
87 ,7 81,7 78 75,3 73,1 71,2 69,3 67,6 66 64,5
Từ bảng số liệu trên ta vẽ được đồ thị y - x, từ đó xác định được chỉ số hồi lưu
tối thiểu:
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa
Với
giá trị x =
0,463 ta kẻ
đường
song song
với trục y
và cắt
đường cân
bằng, từ
đó ta kẻ
đường
song song
với trục x

cắt trục y tại B và ta xác định được giá trị y
*
= 0,7614. Từ đó ta tính được R:
R =

= = 0,6454
2.1.3.Tính chỉ số hồi lưu thích hợp:
Chỉ số hồi lưu làm việc thường được xác định thông qua chỉ số hồi lưu tối
thiểu:
min
.R R
β
=
Trong đó: β: hệ số dư hay hệ số hiệu chỉnh.
Tính gần đúng ta lấy chỉ số hồi lưu làm việc bằng:
min
(1, 2 2,5).R R
= ÷
X
F
X
X
w
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa
Ta biết R
min
, cho β biến thiên bất kì trong khoảng (1,2÷2,5), tính được R
tương ứng. Ở mỗi R tương ứng ta vẽ đường làm việc và vẽ các bậc thay đổi
nồng độ lý thuyết N.
Dưới đây là các đồ thị xác định số đĩa lí thuyết trên cơ sở đường cân

bằng,
P
x
,
F
x
,
W
x
. Đường làm việc đoạn luyện đi qua điểm (
P
x
,
P
y
) và cắt trục
tung tại điểm có tung độ B = , đường làm việc đoạn chưng đi qua giao điểm
của đường làm việc đoạn luyện với đường
F
x const
=
và điểm (
W
x
,
W
y
). Vẽ các
tam giác như hình ta thu được số đĩa lý thuyết.
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa

X
F
X
X
w
β
1
= 1,2; R= β.R = 0,77448; B = 0,5376; N =13
Hình 2.1. Đồ thị y – x xác định số đĩa lý thuyết
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa
X
F
X
X
w
β
2
= 1,4; R= β.R = 0,90355; B = 0,501; N = 11
Hình 2.2. Đồ thị y – x xác định số đĩa lý thuyết