Nghiên cứu tìm hiểu công nghệ chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic

Đồ án môn học
Phần 1 : MỞ ĐẦU
I.Lý thuyết về chưng luyện
Chưng là phương pháp dùng để tách các hỗn hợp chất lỏng cũng như
các 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 thì áp
suất hơi của các cấu tử khác nhau.
Khi chưng ta thu được nhiều sản phẩm và thường bao nhiêu cấu tử sẻ có
bấy nhiêu sản phẩm .Đối với trưòng hợp hỗn hợp chưng chỉ gồm hai cấu tử
thì sản phẩm đỉnh gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần rất ít cấu tử có
độ bay hơi bé còn sản phẩm đáy gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần
rất ít cấu tử có độ bay hơi lớn.
Trong sản xuất có rất nhiều phương pháp chưng như chưng đơn giản
,chưng bằng hơi nước trực tiếp ,chưng chân không và chưng luyện .Tùy
thuộc vào điều kiện sẵn có , tính chất hỗn hợp , yêu cầu về độ tinh khiết sản
phẩm mà ta chọn phương pháp chưng cho thích hợp .
- Chưng đơn giản dùng để tách các hỗn hợp gồm các cấu tử có độ bay
hơi rất khác nhau .Phương pháp này thường dùng để tách sơ bộ và làm
sạch cấu tử khỏi tạp chất.
Trang 1
Đồ án môn học
- Chưng bằng hơi nước trực tiềp dùng tách các hỗn hợp gồm các chất
khó bay hơi và tạp chất không bay hơi ,thường dùng trong trường hợp
chất được tách không tan vào nước
- Chưng chân không dùng trong trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi
cấu tử .Ví dụ như trường hợp các cấu tử trong hỗn hợp dễ bị phân hủy
ở nhiệt độ cao hay trường hợp các cấu tử có nhiệt độ sôi quá cao.
- Chưng luyện là phương pháp phổ biến nhất để tách hoàn toàn hỗn hợp
các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan một phần hoặc hòa tan hoàn
toàn vào nhau.
Chưng luyện ở áp suất thấp dùng cho các hỗn hợp dễ bị phân hủy ở

nhiệt độ cao và hỗn hợp có nhiệt độ sôi cao.
Chưng luyện ở áp suất cao dùng cho các hỗn hợp không hóa lỏng ở áp
súât thường.
Chưng luyện ở áp suất thường (áp suất khí quyển ) dùng cho hỗn hợp
không thuộc các trường hợp trên.
Người ta tiến hành chưng luyện hỗn hợp cần chưng trong tháp chưng
luyện ,tháp gồm nhiều đĩa ,trên mỗi đĩa xảy ra quá trình chuyển khối giữa
pha lỏng và pha hơi. Hơi đi từ dưới lên qua các lổ của đĩa ,lỏng đi từ trên
xuống theo các ống chảy chuyền, nồng độ các cấu tử và nhiệt độ sôi ở mỗi
đĩa thay đổi theo chiều cao của tháp .Do đó một phàn cấu tử dễ bay hơi
Trang 2
Đồ án môn học
chuyển từ pha lỏng vào pha hơi và một phần ít hơn chuyển từ pha hơi vào
pha lỏng , lặp lại nhiều lần bốc hơi và ngưng tụ như thế , hay nói một cách
khác ,với một số đĩa tương ứng , cuối cùng ở trên đỉnh tháp ta thu được cấu
tử dễ bay hơi ở dạng nguyên chất và ở tháp ta thu được cấu tử khó bay hơi ở
dạng nguyên chất .
Quá trình chưng luyện được thực hiện trong thiết bị loại tháp làm việc
liên tục hoặc gián đoạn.
Ơ đây ta sẽ thiết kế hệ thống chưng luyện tháp chóp làm việc liên tục
với hỗn hợp chưng là rượu mêtylic và nước.Khi chưng luyện liên tục , hỗn
hợp đầu được đưa vào tháp ở đĩa tiếp liệu (nằm ở phần giữa thân tháp ) một
cách liên tục , sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy cũng được lấy ra liên tục.
II.Tính chất lý hóa của rượu mêtylic
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 t
0

s
= 64,5
0
C
- Khối lượng riêng ở 20
0
C ρ = 791,7 Kg/m
3
-Độ nhớt ở 20
0
C µ = 0,6.10
3
N.s/m
2
=0,6 cp
Trang 3
Đồ án môn học
-Hệ số dẫn nhiệt ở 20
0
C λ = 0,179kcal/m.h.độ = 0,2082
W/m.độ
-Nhiệt dung riêng ở 20
0
C C
P
= 2570 J/kg.độ
-Nhiệt hóa hơi r = 262,79 kcal/kg ở 64,5
0
C
-Nhiệt độ nóng chảy t

nc
= -97,8
0
C
2.Tính chất hóa học:
Rượu mêtylic có công thức phân tử : CH
3
OH H
công thức cấu tạo : 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

Trang 4
Đồ án môn học
Rượu mêtylic được ứng dụng để sản xuất anđêhytfomic làm nguyên liệu cho
công nghệ chất dẻo.
III.Tính chất lý hóa của nước
- Nước là chất lỏng không màu ,không mùi ,không vị.
- Nhiệt độ sôi ở 760mmHg là 100

0
C.
- Hóa lỏng ở 0
0
C.
- Khối lượng riêng ρ = 997,08 kg/m
3
ở 25
0
C.
- Độ nhớt µ = 0,8937.10
3
N.s/m
2
= 893,7 Cp ở 25
0
C
- Nhiệt dung riêng C
P
= 0,99892 kcal/kg.độ ở 25
0
C
- Nhiệt hóa hơi ở áp suất khí quyển r = 540 kcal/kg
- Nước có công thức phân tử H
2
O ,công thức cấu tạo H-O-H
- Nước là hợp chất phân cực mạnh, có thể hòa tan nhiều chất rắn ,lỏng
,khí
- Nước cần thiết cho sinh hoạt hằng ngày ,sản xuất nông nghiệp ,công
nghiệp , xây dựng , giao thông vận tải.

- Nước dùng để điều chế oxy.
IV.Ưu ,khuyết điểm của phương pháp chưng đĩa chóp :
Ưu điểm:Tách được sản phẩm có độ tinh khiết cao,dễ khống chế quá
trình,bề mặt tiếp xúc pha tương đối lớn ,trở lực không cao.
Khuyết điểm:Tiếp xúc pha không liên tục, cấu tạo phúc tạp.
Trang 5
Đồ án môn học
V.Dây chuyền công nghệ:
Thiết kế như hình vẽ.
Hỗn hợp đầu từ bể chứa 1 được bơm 2 bơm lên thùng cao vị 3rồi theo
ống dẫn qua van điều chỉnh lưu lượng 5 (điều chỉnh lượng hỗn hợp đầu vào
tháp) đến thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu 6 .Sự có mặt của thùng cao vị đảm
bảo cho lượng hỗn hợp đầu vào tháp không dao động ,trong trường hợp công
suất bơm quá lớn hỗn hợp đầu sẽ theo ống tuần hoàn 4 tràn về bể chứa hỗn
hợp đầu .Thiết bị đun sôi 6 là thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm với tác nhân
nóng là hơi nước bão hòa . Ra khỏi thiết bị đun sôi ,hỗn hợp đầu ở nhiệt độ
sôi đi vào tháp 7 ở đĩa nạp liệu .
Sản phẩm đỉnh ở dạng hơi được ngưng tụ hoàn toàn khi đi qua thiết bị
ngưng tụ 8 đến thiết bị phân tách hồi lưu 9 ,một phần sản phẩm đỉnh hồi lưu
trở về đỉnh tháp,phần còn lại đi vào thiết bị làm nguội 10 được làm lạnh và
đi vào bể chứa sản phẩm đỉnh 11.Thiết bị ngưng tụ 8 và thiết bị làm nguội
10 cũng là thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm với tác nhân làm nguội là nước
lạnh .
Sản phẩm đáy đi ra khỏi tháp ở đáy được dẫn vào bể chứa sản phẩm
đáy 12 ,được làm nguội tự nhiên .Sản phẩm đáy ở đây là nước có chứa một
ít metylic nên được xủ lý rồi thải ra môi trường .
13 là tháp chứa nước làm mát .
Trang 6
Đồ án môn học
14 là bình phân phối hơi đốt .

Phần 2 : TÍNH CÔNG NGHỆ
Các ký hiệu sử dụng trong quá trình tính toán :
G
F
: lượng hỗn hợp đầu
G
P
: lượng sản phẩm đỉnh
G
W
: lượng sản phẩm đáy
a
F
: nồng độ phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu
a
P
: nồng độ phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm
đỉnh
a
W
: nồng độ phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm
đáy
x
F
: nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu.
x
P
: nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong trong sản phẩm đỉnh
x
W

: nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy
Cấu tử dễ bay hơi A: rượu metylic , cấu tử khó bay hơi B : nước.
Chương I: TÍNH SỐ ĐĨA
Trang 7
Đồ án môn học
I.Tính lượng hỗn hợp :
1.Nồng độ phần mol:
x
A
=
B
B
A
A
A
A
M
a
M
a
M
a
+
=> x
F
=
18623238
3238
+
= 0,2564 phần mol

=> x
P
=
1823298
3298
+
= 0,965 phần mol
=> x
W
=
1898322
322
+
= 0,0113 phần mol
2.Lưu lượng hỗn hợp đầu và sản phẩm đáy:
Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp:
F = P + W
(1)
Viết cho cấu tử dễ bay hơi:
F.x
F
= P.x
P
+ W.x
W

(2)
Từ (1) và (2) suy ra:
wP
xx

F
−
=
wF
xx
P
−
=
FP
xx
W
−
Vậy lượng sản phảm đỉnh là:
P = F.
wP
wF
xx
xx
−
−
= 2000.
0113,0965,0
0113,02564,0
−
−
= 514 Kg/h
Lượng sản phẩm đáy là:
Trang 8
Đồ án môn học
W = F.

wP
FP
xx
xx
−
−
= 2000.
0113,0965,0
2564,0965,0
−
−
= 1486 Kg/h
Gọi
F
M
là phân tử lượng trung bình của hỗn hợp đầu
F
M
= x
F
.M
A
+ (1-x
F
).M
B
= 0,2564.32 + 0,7436.18 = 21,5896 (g)
Lượng hỗn hợp đầu tính theo Kmol/h là:
F =
5896,21

2000
= 92,637 (Kmol/h)
Lượng sản phẩm đỉnh tính theo Kmol/h là:
F = F.
wP
wF
xx
xx
−
−
= 92,637.
0113,0965,0
0113,02564,0
−
−
= 23,808 (Kmol/h)
Lượng sản phẩm đáy tính theo Kmol/h là:
W = F.
wP
FP
xx
xx
−
−
= 92,637.
0113,0965,0
2564,0965,0
−
−
= 68,829 (Kmol/h)

II.Xác định số đĩa của tháp
1.Đường cong cân bằng - đồ thị t-x-y theo thực nghiệm:
Gọi x,y là nồng độ mol phần của thành phần lỏng và hơi của rượu
mêtylic (tính theo phần mol)
t (
0
C) là nhiệt độ sôi của hỗn hợp hai cấu tử (ở 760 mmHg).
Theo bảng IX.2a-Sổ tay QT&TBCN Hóa học Tập 2, trang 149 ,ta có:
Trang 9
Đồ án môn học
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
Dựa vào bảng số liệu này ta vẽ đồ thị đường cong cân bằng của hỗn
hợp rươụ metylic và nước (Hình 1) và đồ thị biểu diễn đường cong sôi (Hình
2) .
Theo đồ thị đường cân bằng ta xác định được y
*
F
= 0,64 phần mol là
nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi cân bằng với pha lỏng trong hỗn
hợp đầu.
Theo đồ thị đường cong sôi ta xác định được nhiệt độ sôi của hỗn hợp
đầu t
s
F

=89
0
C ,của sản phẩm đỉnh t
s
P
= 65,5
0
C ,của sản phẩm đáy t
s
W
= 97
0
C
.
Chỉ số hồi lưu tối thiểu được xác định bằng công thức :
R
xmin
=
F
F
F
P
xy
yx
−
−
*
*

=

2564,064,0
64,0965,0
−
−
= 0,847
Hình vẽ 1,2,3:
Trang 10
Đồ án môn học
2.Xác định R
X
thích hợp :
Việc xác định R
X
thích hợp ta làm như sau:
Lấy vài giá trị R
X
> R
Xmin
, với mỗi giá trị R
X
đã lấy ta tính x
P
/(R
X
+1) là
giá trị tung độ của đường nồng độ làm việc , vẽ đường làm việc đoạn chưng
và đoạn luyện ,từ đó xác định số đĩa lý thuyết N ứng với mỗi giá trị R
X
.Lập
đồ thị với trục tung là N.(R

X
+) ,trục hoành là R
X
(Hình 3). Từ đồ thị ,xác
định điểm cực tiểu , từ điểm cực tiểu suy ra R
X
thích hợp .
R
Xopt
= 1,6
Từ R
X
thích hợp ,vẽ lại đường nồng độ làm việc đoạn chưng và đoạn
luyện và xác định được số đĩa lý thuyết.
N
lt
= 14 (đĩa) (4 đĩa chưng và 10 đĩa luyện).
3.Phương trình đường nồng độ làm việc:
Đoạn chưng :
x =
w
XX
X
x
RL
L
y
LR
R
.

1
.
1
+
−
+
+
+

Với L là lượng hồn hợp đầu tính trên 1 đơn vị sản phẩm đỉnh,
L=
891,3
808,23
637,92
==
P
F

=> x =
0113,0.
6,1891,3
1891,3
.
891,36,1
16,1
+
−
+
+
+

y

= 0,474.y + 0,0059
Trang 11
Đồ án môn học
Đoạn luyện:
x =
1
.
1 +
+
+
X
P
X
X
R
x
x
R
R
=
16,1
965,0
.
16,1
6,1
+
+
+

x
= 0,615.x + 0,371
4.Xác định số đĩa thực tế :
Số đĩa thực tế được xác định theo công thức :
N
tt
=
tb
lt
N
η

Với
tb
µ
là hiệu suất trung bình của thiết bị,là hàm của độ bay hơi
tương đối α và độ nhớt µ của hỗn hợp µ = f(α,η).
α =
x
x
y
y −
−
1
.
1
Độ nhớt: lgµ
hh
=n.lgµ
1

+ (1-n)lgµ
2
n là nồng độ cấu tử thứ nhất
n -1 là nồng độ cấu tử thứ hai
µ
1
,µ
2
là độ nhớt hai cấu tử.
η= η
tb
=
.(
3
1
η
1
+ η
2
+ η
3
)
Với η
1
là hiệu suất ứng với đĩa trên cùng
η
2
là hiệu suất ứng với đĩa tiếp liệu
η
3

là hiệu suất ứng với đĩa cuối cùng
Trang 12
Đồ án môn học
*Ứng với đĩa tiếp liệu :
Độ bay hơi:
α
F
=
156,5
2564,0
2564,01
.
64,01
64,01
.
1
=
−
−
=
−
−
F
F
F
F
x
x
y
y

Độ nhớt : với t
S
F
= 89
0
C
lgµ
F
=
OHFOHCHF
xx
23
lg).1(lg
µµ
−+
= 0,2564.lg0,33 + (1 - 0,2564).lg0,3202 = -0,491
=> µ
F
= 0,323 (Cp)
Tích µ
F
.α
F
= 0,323.5,156 = 1,665 .Tra đồ thị hình IX.11 trang
171Sổ tay QT&TB CN Hóa học Tập 2 ta được hiệu suất của đĩa tiếp
liệu η
2
= 44 %.
*Ứng với đĩa trên cùng :
Độ bay hơi :

α
P
=
777,1
965,0
965,01
.
98,01
98,01
.
1
=
−
−
=
−
−
P
P
P
P
x
x
y
y
Độ nhớt : với t
S
P
= 65,5
0

C
lgµ
P
=
OHPOHCHP
xx
23
lg).1(lg
µµ
−+
= 0,965.lg0,49 + (1 - 0,965).lg0,4324 = -0,3117
=> µ
P
= 0,488 (Cp)
Trang 13
Đồ án môn học
Tích µ
F
.α
F
= 0,488.1,777 = 0,88 .Tra đồ thị hình IX.11 trang
171Sổ tay QT & TB CN Hóa học Tập 2 ta được hiệu suất của
đĩa trên cùng η
1
= 50 %.
*Ứng với đĩa cuối cùng:
Độ bay hơi:
α
W
=

608,7
0113,0
0113,01
.
08,01
08,01
.
1
=
−
−
=
−
−
w
w
w
w
x
x
y
y
Độ nhớt : với t
S
W
= 97
0
C
lgµ
W

=
OHwOHCHw
xx
23
lg).1(lg
µµ
−+
= 0,0113.lg0,293 + (1 - 0,0113).lg0,293 = -0,533
=> µ
W
= 0,293 (Cp)
Tích µ
F
.α
F
= 0,293.7,608 = 2,23 .Tra đồ thị hình IX.11 trang 171
Sổ tay QT & TB CN Hóa học Tập 2 ta được hiệu suất của đĩa
trên cùng
η
3
= 40 %.
Vậy hiệu suất trung bình:
η
tb
=
3
1
(η
1
+ η

2
+ η
3
) =
3
1
(44 + 50 + 40) = 44,667 (%)
Số đĩa thực tế là :
N
tt
=
3,31100.
667,44
14
==
tb
lt
N
η

Trang 14
Đồ án môn học
Vậy thục tế phải chọn 31 đĩa , trong đó số đĩa đoạn chưng là 9 đĩa và
số đĩa đoạn luyện là 22 đĩa .
(y
F
, y
P
, y
W

được xác định từ đồ thị đường cân bằng hình 1)
(Độ nhớt của rượu mêtylic theo nhiệt độ được tra ở Bảng dùng cho toán
đồ h.I.18 trang 93 Sổ tay QT&TB CN Hóa học Tập 2.
Độ nhớt của nước theo nhiệt độ được tra ở Bảng I.102 trang 94).
Chương II: TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THIẾT BỊ
Đường kính tháp được xác định từ công thức (IX.89) Sổ tay
QT&TBCN Hóa học :
D =
tb
tb
V
ωπ
.3600.
.4
, m
Hoặc D = 0,0188.
tbyy
tb
g
).(
ωρ
, m
Trong đó : V
tb
- lượng hơi trung bình đi trong tháp , m
3
/h
ω
tb
- tốc độ hơi trung bình đi trong tháp , m/s

g
tb
- lượng hơi trung bình đi trong tháp ,kg/h
(ρ
y
.ω
y
)
tb
- tốc độ hơi trung bình đi trong tháp , kg/m
2
.s
I.Đường kính đoạn luyện:
Trang 15
Đồ án môn học
1.Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện g
tb
có thể xem gần đúng
bằng trung bình cộng lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp g
đ
và lượng
hơi đi vào dưới cùng g
1
của đoạn luyện :
g
tb
=
2
1
gg

d
+
, kg/h
Trong đó , g
đ
= G
R
+G
P
= G
P
(R
X
+1) công thức IX .92 trang 181 Sổ
tay QTTB tập 2.
Với G
R
: lượng lỏng hồi lưu , kg/h
G
P
: lượng sản phẩm đỉnh, kg/h
R
X
: chỉ số hồi lưu
= > g
đ
= 514(1,6+1) = 1 336,4 kg/h
Lượng hơi đi vào đĩa đầu tiên của đoạn luyện được xác định theo hệ
phương trình cho ở trang 173 Sổ tay QTTB tập 2 :






=
+=
+=
dd
PP
P
rgrg
xGxGyg
GGg


11
1111
11

Trong đó x
1
= a
F
= 0,38 (phần khối lượng)
x
P
= a
P
= 0,98 (phần khối lượng)
G

1
:lượng lỏng đĩa thứ nhất đoạn luyện
r
đ
:ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi đỉnh tháp
Trang 16
Đồ án môn học
r
1
:ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất đoạn
luyện
r
1
= r
a
.y
1
+(1-y
1
).r
b

r
đ
= r
a
.y
1
+(1-y
đ

).r
b
r
a
, r
b
:ẩn nhiệt hóa hơi của rượu metylic và nước .
y
đ
= a
P
= 0,98 phần khối lượng .
*Tính r
1
: hỗn hợp đầu vào tháp ở 89
0
C nên ta phải tính r
a
, r
b
ở 89
0
C.
Theo bảng I.212 trang 254 Sổ tay QTTB tập 1 ta có:
Ơ 60
0
C : r
a1
= 265 kcal/kg
r

b1
=579 kcal/kg
Ở 100
0
C r
a2
= 242 kcal/kg
r
b2
= 539 kcal/kg
= >
23
12
−=−=∆
aaa
rrr
kcal/kg
40
12
−=−=∆
bbb
rrr
kcal/kg
Cttt
0
12
4060100 =−=−=∆
= >
575,0
40

23
−=−=
∆
∆
b
r
a
kcal/kg.độ
1
40
40
−=−=
∆
∆
t
r
b
kcal/kg.độ
Theo phương pháp nội suy ta tính r
a
,r
b
ở 89
0
C :
Trang 17
Đồ án môn học
r
a
89

= r
a
60
+
325,24829.575,0265)6089.( =−=−
∆
∆
t
r
a
kcal/kg
r
b
89
= r
b
60
+
55029579)6089.( =−=−
∆
∆
t
r
b
kcal/kg
Vậy r
1
= r
a
.y

1
+(1-y
1
).r
b
= 248,325.y
1
+ (1-y
1
).550
= 550 - 301,675.y
1

*Tính r
đ
:hơi đi ra khỏi đỉnh tháp ở nhiệt độ 65,5
0
C,tương tự như trên:
r
a
65,5
= r
a
60
+
84,2615,5.575,0265)605,65( =−=−
∆
∆
t
ra

kcal/kg
r
b
65,5
= r
b
60
+
5,5735,5579)605,65( =−=−
∆
∆
t
r
b
kcal/kg
Vậy r
đ
= r
a
.y
đ
+ (1- y
đ
).r
b
= 261,84.0,98 +(1-0,98).573,5
= 268,07 kcal/kg
Vậy ta có hệ phương trình :








−=
==
+=
+=
11
11
111
11
.675,301550
748,35824807,268.4,1336.
98,0.51438.0
514
yr
rg
Gyg
Gg
Giải hệ ta được :







=

=
=
=
hkgG
hkgg
kgkcalr
luongkhoiphany
/54,522
/54,1036
/62,345
)__(6775,0
1
1
1
1
-Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện :
g
tb
=
hkg
gg
d
/47,1186
2
54,10364,1336
2
1
=
+
=

+
-Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện :
Trang 18
Đồ án môn học
G
tb
=
hkg
GRGGG
XPR
/47,672
2
54,5226,1.514
2
.
2
11
=
+
=
+
=
+
-Thành phần hơi cân bằng đi trên đoạn luyện :
y
tb
=
83,0
2
6775,098,0

2
1
=
+
=
+ yy
d
phần khối lượng
=0,73 phần mol
-Phân tử lượng trung bình của hỗn hợp hơi :
tb
M
= y
tb
.M
A
+(1- y
tb
).M
B
= 0,73.32 + (1-0,73).18 = 28,22
đvC
2.Tốc độ hơi trung bình đi trong đoạn luyện :
(ρ
y
ω
y
)
tb
= 0,065ϕ[σ].

ytbxtb
h
ρρ

,kg/m
2
.s - Công thức
IX.105 trang 184 Sổ tay QTTB tập 2.
ρ
xtb
,ρ
ytb
:khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi tính theo
nhiệt độ trung bình , kg/m
3
.
h : khoảng cách các đĩa trong tháp,m,với giá trị h được chọn theo
đường kính tháp .
ϕ[σ] : hệ số tính đến sức căng bề mặt.
*Tính ϕ[σ] ở nhiệt độ trung bình :
Nhiệt độ trung bình trong đoạn luyện :
t
tb
=
C
tt
PF
0
25,77
2

5,6589
2
=
+
=
+
Trang 19
Đồ án môn học
Theo bảng I.242 trang 300 Sổ tay QTTB tập 1 ta có sức căng bề mặt
của rươụ và nước :
Ơ 60
0
C : σ
a1
= 19,3.10
3
N/m = 19,3 dyn/cm (metylic)
σ
b1
= 66,2 dyn/cm (nước)
Ơ 80
0
c : σ
a2
= 17,6 dyn/cm (metylic)
σ
b2
= 62,6 dyn/cm (nước)
= >
7,1

12
−=−=∆
aaa
σσσ
dyn/cm
6,3
12
−=−=∆
bbb
σσσ
dyn/cm
Cttt
0
12
206080 =−=−=∆
=>
085,0
20
7,1
−=−=
∆
∆
t
a
σ
dyn/cm.độ
18,0
20
6,3
−=−=

∆
∆
t
b
σ
dyn/cm.độ
Bằng phương pháp nội suy ta tính được sức căng bề mặt của metylic và
nước ở 77,25
0
C :
σ
a
77,25
= σ
a1
60
+
)6025,77( −
∆
∆
t
a
σ
= 19,3 - 0,085(77,25 -60) = 17,83
dyn/cm
σ
b
77,25
= σ
b1

60
+
095,63)6025,77(18,02,66)6025,77( =−−=−
∆
∆
t
b
σ
dyn/cm
Sức căng bề mặt của hỗn hợp được xác định theo công thức I.76 trang
299 Sổ tay QTTB tập 1:
Trang 20
Đồ án môn học
bahh
σσσ
111
+=

= >
9,13
.
=
+
=
ba
ba
hh
σσ
σσ
σ

dyn/cm
Ta thấy σ
hh
< 20 dyn/cm nên chọn ϕ[σ] = 0,8.
*Tính khối lượng riêng trung bình :
Theo bảng I.2 trang 9 Sổ tay QTTB tập 1 ta có khối lượng riêng của
metylic và nước :
-Ở 60
0
C : ρ
a1
= 756 kg/m
3
(metylic)
ρ
b1
= 983 kg/m
3
(nước)
-Ở 80
0
C : ρ
a2
= 736 kg/m
3
(metylic)
ρ
b2
= 972 kg/m
3

(nước)
= >
20
12
−=−=∆
aaa
ρρρ
kg/m
3
11
12
−=−=∆
bbb
ρρρ
kg/m
3
Ct
0
206080 =−=∆
= >
1
20
20
−=−=
∆
∆
t
a
ρ
kg/m

3
.độ
55,0
20
11
−=−=
∆
∆
t
b
ρ
kg/m
3
.độ
Theo phương pháp nội suy ,tính khối lượng riêng của metylic và nước
ở 77,25
0
C :
Trang 21
Đồ án môn học
75,73825,17756)6025,77(
60
1
25,77
=−=−
∆
∆
+=
t
a

aa
ρ
ρρ
kg/m
3
( )
5,97325,17.55,09836025,77
6025,77
=−=−
∆
∆
+=
t
b
bb
ρ
ρρ
kg/m
3
Khối lượng riêng của hỗn hợp được tính theo công thức I.2 trang 5 Sổ tay
QTTB tập 1:
b
b
a
a
hh
xx
ρρρ
+=
1

Với x
a
, x
b
: thành phần khối lượng trung bình của các cấu tử
x
a
=
68,0
2
38,098,0
=
+
phần khối lương
= > x
b
= 1-x
a
= 0,32 phần khối lượng
= >
3
10.249,1
1
−
=
hh
ρ

ρ
hh

= 800,6 kg/m
3
ρ
xTB
= ρ
hh
=800,6 kg/m
3
Khối lượng riêng của pha hơi xác định theo công thức I. 3 trang 5 Sổ tay
QTTB tập 1:
0
.
.273
.
4,22 pT
pM
yTB
=
ρ
, p = p
0
= 1
982,0
25,77273
273
.
4,22
22,28
=
+

=
yTB
ρ
kg/m
3
Vậy tốc độ trung bình của hơi trong tháp :
Trang 22
Đồ án môn học
hh
tbyy
458,1982,0.6,800 8,0.065,0)( ==
ωρ
kg/m
2
.s
Đường kính đoạn luyện :
D = 0,0188.
4
536,0
.458,1
47,1186
hh
=
Chọn h = 0,28 (m) = > D = 0,74 m
II.Đường kính đoạn chưng:
1.Lượng hơi trung bình trong đoạn chưng g’
tb
có thể xem gần đúng
bằng trung bình cộng lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng g’
n

và lưọng hơi đi
vào đoạn chưng g’
1
:
g’
tb
=
2
''
1
gg
n
+
, kg/h - Công thức IX.96 trang 183 Sổ tay
QTTB tập 2.
Vì lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện
nên
g’
n
= g
1
= 1036,54 kg/h
Luợng hơi đi vào đọan chưng g’
1
, luợng lỏng G’
1
và hàm lượng lỏng
x’
1
được xác định theo hệ phương trình cho ở trang 183 Sổ tay QTTB tập 2 :








==
+=
+=
)3(
1111
)2(
111
)1(
11
.'.''.'
''.'
''
rgrgrg
xGygxG
GgG
nn
æææ
æ
Trang 23
Đồ án môn học
Trong đó r’
1
:ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của

đoạn chưng ,được tính theo công thức :
r’
1
= r
a
.y’
1
+ (1-y’
1
).r
b

với y’
1
= y
W
là thành phần cấu tử dễ bay hơi (metylic) trong pha hơi cân
bằng với pha lỏng trong sản phẩm đáy .Dựa vào đồ thị đường cân bằng
(H.1) ứng với x
W
= 0,0113 ta có y
W
= 0,08 phần mol ứng với phần khối
lượng :
y’
1
=
134,0
18.92,032.08,0
32.08,0

=
+
phần khối lượng.
Theo đồ thị đường cong sôi (H.2) ta có sản phẩm đáy có nhiệt độ sôi là
97
0
C, theo các số liệu
11
,,,,
baba
rrtrr ∆∆∆
đã có ở phần tính toán đường kính
đoạn luyện ta có :
r
a
97
= r
a
60
+
725,24337.575,0265)6097( =−=−
∆
∆
t
r
a
kcal/kg
r
b
97

= r
b
60
+
54237579)6097( =−=−
∆
∆
t
r
b
kcal/kg
= > r’
1
= r
a
97
.y’
1
+ (1-y’
1
).r
b
97
= 243,75.0,134 + (1-0,134).542 = 502,23 kcal/kg
Thay r’
1
, g
1
, r
1

vào (3) :
g’
1
.502,03 = 1036,54.345,62
= > g’
1
= 713,6 kg/h
Thay vào (1):
Trang 24
Đồ án môn học
G’
1
= 713,6 + 1486 = 2199,6 kg/h
Thay vào (2) :
2199,6.x’
1
= 713,6.0,9887 + 1486.0,0113
= > x’
1
= 0,328 phần khối lượng
Vậy lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng :
g’
tb
=
hkg
gg
n
/07,875
2
6,71354,1036

2
''
1
+
=
+
Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn chưng :
G’
tb
=
hkg
GG
/07,1361
2
6,219954,522
2
'
11
=
+
=
+
Thành phần hơi trung bình đi trong đoạn chưng :
y’
tb
=
2
''
1 n
yy +

với y’
n
là hàm lượng trên đĩa trên cùng đoạn chưng xem bằng hàm
lượng hơi đĩa thứ nhất đoạn luyện y’
n
= y
1
= 0,6775 phần khối lượng
= 0,54 phần mol
= > y’
tb
=
31,0
2
54,008,0
=
+
phần mol
Phân tử lượng trung bình của hỗn hợp hơi trong đoạn chưng :
'M
hh
= y’
tb
.M
A
+ (1-y’
tb
).M
B

=0,31.32 + 0,69.18 = 22,34 đvC
2.Tốc độ hơi trung bình trong đoạn chưng

Trang 25