ĐỒ án CHƯNG cất ETHANOL nước

Thieát Bò


     



 SV: !"#$
!%$
!&'()


Vu*+, /
1
Thieát Bò

,.0)1-23+,4+56
)'7)

89:+,.;<=>+,./
>+,./
?2@<2A<2BCD.CE+,+,2F-29CG2H6,.0
)1-2<+,4+56)'7)
IJ
B-K+!%$LML-N+2
<6OLPL+22QK+
!"#$LML-N+2
<6OLPL+2>+, /
? $)''(R)'7S
?$    I   $      T
U

7VK+WX L?IY"Z
!%J[\]$!R"&!^_$![ Y
`a&Z7)''b6
S
c2V
)V2LF6DdWe3+
RLML-2LF/CE+,+,2FD.-2Lf-gfh/0-8i+2CE+,
+,2F
Rj+kl+,Dm-C2n-C2@-23GD.-N+2-@3+2F-2o+,
RN+2-@3+-2Lf-gf-23GC29+,Cn-
R9:+,
gN+2pC2LX/C<@-23G
Rj6qr=-8sqtC6j6
RN+2-@3+-N+2COg2N
RN+2-@3+C3C-2Lf-k;-8/0X++2LF-=2Lf-k;G2d
R3C-2Lf-k;-8/0X++2LF-
RN+2-@.+ku@E+
RN+2-@3+kO6+2mGqLF/
RN+2-@3+,L3-2.+2-2Lf-k;
R?f-q/m+
2
Thiết Bò

SV,.0,L<@vcSc)'7)
4V@.+-2.+2)c1c)'7)
1VBD.-K+,/0w+5+@.+
xVBD.-K+,/0w+5+2E+,
89s+,g2@<ky6E+C2@G2zG
3+ky29M+,{|+
?N-K+

?N-K+

MỤC LỤC
trang
LỜI MỞ ĐẦU
CHƯƠNG I : I 6
I .GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU 6
1 . Etanol 6
2 . Nước 8
3 . Hỗn hợp Etanol – Nước 8
II . CÔNG NGHỆ CHƯNG CẤT HỆ ETANOL – NƯỚC 10
CHƯƠNG II : CÂN BẰNG VẬT CHẤT 12
I . CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU 12
II . XÁC ĐỊNH SUẤT LƯNG SẢN PHẨM ĐỈNH
VÀ SẢN PHẨM ĐÁY 12
III . XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HOÀN LƯU THÍCH HP 13
1 . Tỉ số hoàn lưu tối thiểu 13
2 . Tỉ số hoàn lưu thích hợp 13
IV . PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC
– SỐ MÂM LÝ THUYẾT 14
1 . Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất 14
2 . Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng 14
3
Thiết Bò

3 . Số mâm lý thuyết 14
V . XÁC ĐỊNH SỐ MÂM THỰC TẾ 20
CHƯƠNG III :TÍNH TOÁN –THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT 22
I . ĐƯỜNG KÍNH THÁP 22
1 . Đường kính đoạn cất 22

2 . Đường kính đoạn chưng 24
II . MÂM LỖ – TRỞ LỰC CỦA MÂM 25
1 . Cấu tạo mâm lỗ 25
2 . Độ giảm áp của pha khí qua một mâm 26
3 . Kiểm tra ngập lụt khi tháp hoạt động 29
III . TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CỦA THÁP 30
1 . Bề dày thân tháp 30
2 . Đáy và nắp thiết bò 31
3 . Bích ghép thân, đáy và nắp 31
4 . Đường kính các ống dẫn – Bích ghép các ống dẫn 32
5 . Chân đỡ 35
CHƯƠNG IV : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT
- THIẾT BỊ PHỤ 37
I . CÁC THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT 37
1 . Thiết bò ngưng tụ sản phẩm đỉnh
38
2 . Thiết bò làm nguội sản phẩm đỉnh 42
3 . Nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy 46
4 . Thiết bò trao đổi nhiệt giữa nhập liệu và sản phẩm đáy 49
5 . Thiết gia nhiệt nhập liệu
53
II. TÍNH BẢO ÔN CỦA THIẾT BỊ 57
III . TÍNH TOÁN BƠM NHẬP LIỆU 58
1 . Chọn bơm 58
CHƯƠNG V : GIÁ THÀNH THIẾT BỊ 60
I . TÍNH SƠ BỘ GIÁ THÀNH CỦA THIẾT BỊ 60
II . KẾT LUẬN 61
4
Thieát Bò


TAØI LIEÄU THAM KHAÛO
5
Thiết Bò

LỜI MỞ ĐẦU
Một trong những ngành có sự đóng góp to lớn đến ngành công nghiệp nước ta nói
riêng và thế giới nói chung, đó là ngành công nghiệp hóa học. Đặc biệt là ngành hóa
chất cơ bản.
Hiện nay, trong nhiều ngành sản suất hóa học cũng như sử dụng sản phẩm hóa
học, nhu cầu sử dụng nguyên liệu hoặc sản phẩm có độ tinh khiết cao phải phù hợp
với quy trình sản suất hoặc nhu cầu sử dụng.
Ngày nay, các phương pháp được sử dụng để nâng cao độ tinh khiết: trích ly,
chưng cất, cô đặc, hấp thu… Tùy theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa
chọn phương pháp thích hợp. Đối với hệ Etanol - Nước là 2 cấu tử tan lẫn hoàn toàn,
ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho Etanol.
Đồ án môn học Quá trình và Thiết bò là một môn học mang tính tổng hợp trong
quá trình học tập của các kỹû sư hoá- thự c phẩm tương lai. Môn học giúp sinh viên
giải quyết nhiệm vụ tính toán cụ thể về: yêu cầu công nghệ, kết cấu, giá thành của
một thiết bò trong sản xuất hoá 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 kỹû thuật thực tế một cách tổng hợp.
Nhiệm vụ của ĐAMH là thiết kế tháp chưng cất hệ Etanol - Nước hoạt động liên
tục với nâng suất nhập liệu : 1200 kg/h có nồng độ 10% mol etanol ,thu được sản
phẩm đỉnh có nồng độ 85% mol etanol với độ thu hồi etanol là 99%.
Em chân thành cảm ơn các q thầy cô bộ môn Máy & Thiết Bò, các bạn sinh
viên đã giúp em hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên, trong quá trình hoàn thành đồ án
không thể không có sai sót, em rất mong q thầy cô góp ý, chỉ dẫn.
6
Thiết Bò


CHƯƠNG I : QUY TRI}I
I . GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU :
Nguyên liệu là hỗn hợp Etanol - Nước.
1 . Etanol: (Còn gọi là rượu etylic , cồn êtylic hay cồn thực phẩm).
Etanol có công thức phân tử: CH
3
-CH
2
-OH, khối lượng phân tử: 46 đvC. Là chất
lỏng có mùi đặc trưng, không độc, tan nhiều trong nước.
• Một số thông số vật lý và nhiệt động của etanol:
+ Nhiệt độ sôi ở 760(mmHg): 78,3
o
C.
+ Khối lượng riêng: d
4
20
= 810 (Kg/m
3
).
• Tính chất hóa học:
Tất cả các phản ứng hoá học xảy ra ở nhóm hydroxyl (-OH) của etanol là
thể hiện tính chất hoá học của nó.
* Phản ứng của hydro trong nhóm hydroxyl:
CH
3
-CH
2
-OH CH
3

-CH
2
-O
-
+ H
+
Hằng số phân ly của etanol:



−
−−
=
OHCHCH
K
, cho nên etanol là chất
trung tính.
+ Tính acid của rượu thể hiện qua phản ứng với kim loại kiềm, Natri
hydrua(NaH), Natri amid(NaNH
2
):
CH
3
-CH
2
-OH + NaH CH
3
-CH
2
-ONa + H

2
Natri etylat
Do



−
−−
=<
OHOHCHCH
KK
: tính acid của rượu nhỏ hơn tính acid của
nước, nên khi muối Natri etylat tan trong nước sẽ bò thuỷ phân thành rượu
trở lại.
+ Tác dụng với acid tạo ester: Rượu etanol có tính bazơ tương đương với
nước. Khi rượu tác dụng với acid vô cơ H
2
SO
4
, HNO
3
và acid hữu cơ đều
tạo ra ester.
CH
3
-CH
2
-OH + HO-SO
3
-H CH

3
-CH
2
O-SO
3
-H + H
2
O
CH
3
-CH
2
O-H + HO-CO-CH
3
CH
3
-COO-C
2
H
5
+ H
2
O
* Phản ứng trên nhóm hydroxyl:
+ Tác dụng với HX: CH
3
-CH
2
-OH + HX CH
3

-CH
2
-X + H
2
O
+ Tác dụng với Triclo Phốt pho:
CH
3
-CH
2
-OH + PCl
3
CH
3
-CH
2
-Cl + POCl + HCl
+ Tác dụng với NH
3
: CH
3
-CH
2
-OH + NH
3
C
2
H
5
-NH

2
+ H
2
O
7
L
ạnh
H
+
A
l
2
O
3

t
o
Thiết Bò

+ Phản ứng tạo eter và tách loại nước:
2CH
3
-CH
2
-OH (CH
3
-CH
2
)
2

O + H
2
O
CH
3
-CH
2
-OH CH
2
=CH
2
+ H
2
O
* Phản ứng hydro và oxy hoá:
CH
3
-CH
2
-OH CH
3
-CHO + H
2

• Ứng dụng: etanol có nhiều ứng dụng hơn metanol, nó đóng một vai trò quan
trọng trong nền kinh tế quốc dân. Nó là nguyên liệu dùng để sản suất hơn 150
mặt hàng khác nhau và được ứng dụng rộng rãi trong các ngành: công nghiệp
nặng, y tế và dược, quốc phòng, giao thông vận tải, dệt, chế biến gỗ và nông
nghiệp.
Sơ đồ tóm tắt vò trí của etanol trong các

ngành công nghiệp.
• Phương pháp điều chế: có nhiều phương pháp điều chế etanol: hydrat hoá
etylen với xúc tác H
2
SO
4
; thuỷ phân dẫn xuất halogen và ester của etanol khi
đun nóng với nước xúc tác dung dòch bazơ; hydro hoá aldyhyt acêtic; từ các
hợp chất cơ kim…
8
H
2
SO
4
>
150
o
C
H
2
SO
4
>
150
o
C

Cu
2
00-300

o
C
+
Thuốc súng không khói.
+
+
Động lực.
+
Thuốc trừ sâu.
+
Sơn.
+
Vecni.
+
Đồ nhựa.
+
Keo dán.
+
Hương liệu.
+
Sát trùng.
+
Pha chế thuốc.
+
Thuốc nhuộm.
+
Tơ nhân tạo.
+
Rượu mùi.
+

Dấm.
+
Dung môi hữu cơ:pha sơn
+
Nguyên liệu.
+
Công nghiệp cao su tổng hợp
+
Động lực.

Nhiên liệu.
E
tanol
Thiết Bò

Trong công nghiệp, điều chế etanol bằng phương pháp lên men từ nguồn
tinh bột và rỉ đường. Những năm gần đây, ở nước ta công nghệ sản suất etanol
chủ yếu là sử dụng chủng nấm men Saccharomyses cerevisiae để lên men
tinh bột:
C
6
H
6
O
6
2C
2
H
5
OH + 2CO

2
+ 28 Kcal
Trong đó: 95% nguyên liệu chuyển thành etanol và CO
2
.
5% nguyên liệu chuyển thành sản phẩm phụ: glyxêrin, acid
sucxinic, dầu fusel, metylic và các acid hữu cơ(lactic, butylic…).
2 . Nước:
Trong điều kiện bình thường: nước là chất lỏng không màu, không mùi, không
vò nhưng khối nước dày sẽ có màu xanh nhạt.
Khi hóa rắn nó có thể tồn tại ở dạng 5 dạng tinh thể khác nhau:
Khối lượng phân tử : 18 g /
mol
Khối lượng riêng d
4
0
c : 1 g /
ml
Nhiệt độ nóng chảy : 0
0
C
Nhiệt độ sôi : 100
0
C
Nước là hợp chất chiếm phần lớn trên trái đất (3/4 diện tích trái đất là nước
biển) và rất cần thiết cho sự sống.
Nước là dung môi phân cực mạnh, có khả năng hoà tan nhiều chất và là dung
môi rất quan trọng trong kỹ thuật hóa học.
3 . Hỗn hợp Etanol – Nước:
Ta có bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp Etanol -

Nước ở 760 mmHg:( !"#$%&'(')
9
x
(%phân mol)
0 5
1
0
2
0
3
0
4
0
5
0
6
0
7
0
8
0
9
0
1
00
y
(%phân mol)
0
3
3,2

4
4,2
5
3,1
5
7,6
6
1,4
6
5,4
6
9,9
7
5,3
8
1,8
8
9,8
1
00
t
(
o
C)
1
00
9
0,5
8
6,5

8
3,2
8
1,7
8
0,8
8
0
7
9,4
7
9
7
8,6
7
8,4
7
8,4
N
ấm men
Z
ymaza
Thieát Bò

10
Thiết Bò

II. ?  QUY TRI }  CÔNG NGHỆ
CHƯNG CẤT HỆ ETANOL – NƯỚC:
Etanol là một chất lỏng tan vô hạn trong H

2
O, nhiệt độ sôi là 78,3
0
C ở
760mmHg, nhiệt độ sôi của nước là 100
o
C ở 760mmHg : hơi cách biệt khá xa nên
phương pháp hiệu quả để thu etanol có độ tinh khiết cao là phương pháp chưng cất.
Trong trường hợp này, ta không thể sử dụng phương pháp cô đặc vì các cấu tử
đều có khả năng bay hơi, và không sử dụng phương pháp trích ly cũng như phương
pháp hấp thụ do phải đưa vào một khoa mới để tách, có thể làm cho quá trình phức
tạp hơn hay quá trình tách không được hoàn toàn.
*OWeCE+,+,2Fb~•6s-8<+,P</V
11
Thiết Bò

* Thuyết minh qui trình công nghệ:
Hỗn hợp etanol – nước có nồng độ etanol 10% ( theo phân mol), nhiệt độ
khoảng 28
0
C tại bình chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm đưa đến thiết bò trao
đổi nhiệt(10)(&'* +,,-&./,012$ 3)4' 5&,61&78 9:8 9' 6&,6&
&'* +,,;&(4) ((,',-&<:1 =). Ta>, đó, hỗn hợp được đun sôi đến nhiệt độ
sôi trong thiết bò gia nhiệtù, hỗn hợp được đưa vào tháp chưng cất (6) ở đóa nhập
liệu.
Trên đóa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn cất của tháp chảy
xuống. Trong tháp hơi, đi từ dưới lên gặp chất lỏng từ trên xuống. Ở đây, có sự tiếp
xúc và trao đổi giữa hai pha với nhau. Pha lỏng chuyển động trong phần chưng
càng xuống dưới càng giảm nồng độ các cấu tử dễ bay hơi vì đã bò pha hơi t?!,
 lôi cuốn cấu tử dễ bay hơi.Nhiệt độ càng lên trên càng thấp, nên khi hơi đi qua

các đóa từ dưới lên thì cấu tử có nhiệt độ sôi cao là nước sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng
trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp có cấu tử etanol chiếm nhiều nhất (có nồng độ
85% phân mol). Hơi này đi vào thiết bò (9(&7012$ @A)ï .B 9:8(9(&7
*B&*B. Một phần chất lỏng ngưng tụ,&,61&78 9:8 9' 6&,6&CB$(D,0
12$ @AE)4 9:8CB$(D, 6F
*
G, rồi được đưa 6&H(8I'012$ @.
Phần còn lại của chất lỏng ngưng tụ 9:8hoàn lưu về tháp ở đóa trên cùng với tỉ số
hoàn lưu tối ưu. Một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp được bốc hơi, còn lại cấu tử
có nhiệt độ sôi cao trong chất lỏng ngày càng tăng. Cuối cùng, ở đáy tháp ta thu
được hỗn hợp lỏng hầu hết là các cấu tử khó bay hơi ( nước). Hỗn hợp lỏng ở đáy
có nồng độ etanol là 0,11 % phân mol, còn lại là nước. Dung dòch lỏng đáy đi ra
khỏi&1.B*!, A)JTrong nồi đun dung dòch lỏng một phần sẽ bốc hơi cung
cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc, phần còn lại ra khỏi nồi đun được trao đổi
nhiệt với dòng nhập liệu trong thiết bò &'* +,,-&(10),!, 9:8 9' 6&H(
8I'012$ 3J
Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là etanol, sản phẩm đáy sau
khi trao đổi nhiệt với nhập liệu có nhiệt độ là 60
0
C được thải bỏ.
12
Thiết Bò

CHƯƠNG II : CÂN BẰNG VẬT CHẤT .
I . CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU :
• Năng suất nhập liệu : G
F
= 1200 (Kg/h) .
• Nồng độ nhập liệu : x
F

= 10%mol etanol.
• Nồng độ sản phẩm đỉnh : x
D
= 85%mol etanol .
• Tỷ lệ thu hồi etanol : η= 99%.
• Khối lượng phân tử của rượu và nước : M
R
=46 , M
N
=18 .
• Chọn :
+ Nhiệt độ nhập liệu : t’
F
=28
o
C .
+ Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau khi làm nguội : t’
D
=35
o
C .
+ Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi trao đổi nhiệt : t’
W
= 60
o
C .
+Trạng thái nhập liệu là trạng thái lỏng sôi .
• Các kí hiệu :
+ G
F

, F : suất lượng nhập liệu tính theo Kg/h , Kmol/h .
+ G
D
, D : suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo Kg/h , Kmol/h .
+ G
W
,W : suất lượng sản phẩm đáy tính theo Kg/h , Kmol/h .
+ x
i
,
i
x
: phân mol , phân khối lượng của cấu
tử i .
II . XÁC ĐỊNH SUẤT LƯNG SẢN PHẨM
ĐỈNH VÀ SẢN PHẨM ĐÁY :
• Cân bằng vật chất cho toàn tháp : F = D + W (II.1)
• Cân bằng cấu tử etanol (cấu tử nhẹ) : F.x
F
= D.x
D
+ W.x
W
(II.2)
• Tỷ lệ thu hồi (η=99%) : F.x
F
. η= D.x
D
(II.3)
Với : * Phân mol nhập liệu : x

F
= 0,10 (phân mol etanol ).
)JAJK
"JK
FF
F
F
xx
x
−+
=
=22,12%(theo khối lượng ) .
Khối lượng phân tử trung bình dòng nhập liệu :
M
F
=
)JAJK
FF
xx −+
= 20,8 (Kg/Kmol).
F =
F
F
M
G
=
J

=57,692 (Kmol/h)
* Phân mol sản phẩm đỉnh : x

D
=0,85 (phân mol etanol) .
Khối lượng phân tử trung bình dòng sản phẩm đỉnh :
M
D
=
)JAJK
DD
xx −+
=41,8 (Kg/Kmol).
13
Thiết Bò

Giải 3 phương trình (II.1),(II.2),(II.3),ta có :
D = 6,719 (Kmol/h)
W = 50,973 (Kmol/h)
x
W
= 0,0011 (phân mol etanol )
Suy ra , khối lượng phân tử trung bình dòng sản phẩm đáy :
M
W
=
)JAJK
WW
xx −+
= 18,032 (Kg/Kmol).
III . XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HOÀN LƯU THÍCH
HP :
1 . Tỉ số hoàn lưu tối thiểu:

Tỉ số hoàn lưu tối thiểu là chế độ làm việc mà tại đó ứng với số mâm lý thuyết
là vô cực .Do đó ,chi phí cố đònh là vô cực nhưng chi phí điều hành (nhiên liệu
,nước và bơm…) là tối thiểu .
Do đồ thò cân bằng của hệ Etanol-Nước có điểm uốn ,nên xác đònh tỉ số hoàn
lưu tối thiểu bằng cách :
+Trên đồ thò cân bằng y-x ,từ điểm (0,85;0,85) ta kẻ một đường thẳng tiếp
tuyến với đường cân bằng tại điểm uốn , cắt trục Oy tại điểm có y
o
= 0,26 .
+Theo phương trình đường làm việc đoạn cất , khi x
o
=0 thì
y
o
=

$,
+R
x
D
=0,26
Vậy : tỉ số hoàn lưu tối thiểu : R
min
= 2,269
2. Tỉ số hoàn lưu thích hợp:
Khi R tăng, số mâm sẽ giảm nhưng đường kính tháp ,thiết bò ngưng tụ ,nồi đun
và công để bơm cũng tăng theo.Chi phí cố đònh sẽ giảm dần đến cực tiểu rồi tăng
đến vô cực khi hoàn lưu toàn phần ,lượng nhiệt và lượng nước sử dụng cũng tăng
theo tỉ số hoàn lưu .
Tổng chi phí bao gồm : chi phí cố đònh và chi phí điều hành . Tỉ số hoàn lưu

thích hợp ứng với tổng chi phí là cực tiểu .
Tuy nhiên ,đôi khi các chi phí điều hành rất phức tạp ,khó kiểm soát nên người
ta có thể tính tỉ số hoàn lưu thích hợp từ điều kiện tháp nhỏ nhất .Để tính được tỉ số
hoàn lưu thích hợp theo điều kiện tháp nhỏ nhất (không tính đến chi phí điều
hành),ta cần lập mối quan hệ giữa tỉ số hoàn lưu và thể tích tháp ,từ đó chọn R
th

ứng với thể tích tháp là nhỏ nhất.
Nhận thấy ,tiết diện tháp tỉ lệ với lượng hơi đi trong tháp ,mà lượng hơi lại tỉ lệ
với lượng lỏng hồi lưu trong tháp ,do trong điều kiện làm việc nhất đònh thì G
D
sẽ
không đổi nên lượng lỏng hồi lưu sẽ tỉ lệ với (R+1) ,do đó , tiết diện tháp sẽ tỉ lệ
với (R+1). Ngoài ra ,chiều cao tháp tỉ lệ với số đơn vò chuyển khối m
ox
hay số mâm
14
Thiết Bò

lý thuyết N
lt
.Cho nên ,thể tích làm việc của tháp tỉ lệ với tích số m
ox
*(R+1) .Như
vậy, ta có thể thiết lập quan hệ giữa R và V
tháp
theo quan hệ R và m
ox
*(R+1) .Từ đồ
thò của quan hệ này ,ta xác đònh được điểm cực tiểu của m

ox
*(R+1) ứng với tỉ số
hoàn lưu thích hợp R .

R
m
ox
m
ox
*(R+1)
2
.496
4
7.818
1
67.173
2
.723
3
7.733
1
40.480
2
.973
3
2.801
1
30.320
3
.023

3
3.545
1
34.952
Vậy : Tỉ số hoàn lưu thích hợp là R= 2,973 .
IV . PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC
SỐ MÂM LÝ THUYẾT:
1 . Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất :
y =

J

J
+
+
+ R
x
x
R
R
D
=
LE4
F4
J
LE4
LE4
+
+
+

x

=0,7483 .x + 0.2139
2 . Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng :
15
Thiết Bò

y =
W
x
R
f
x
R
fR
J


J
 +
−
−
+
+
=
4J
LE4
FK4
J
LE4

FK4LE4
+
−
−
+
+
x

= 2,9094 .x – 0,0022
Với : f =
LL4J4
F4
J
==
η
F
D
x
x
D
F
= 8,586 : chỉ số
nhập liệu .
3 . Số mâm lý thuyết :
Đồ thò xác đònh số mâm lý thuyết :(Xem hình ở trang sau ).
M 
4LK

4E


4E

4

4L
N 
4L

4F

4E

4K

4F
 


L





E

JAMO)

4


E4LKE

4

4K

4KF

16
Thieát Bò

17
Thieát Bò

18
Thieát Bò

19
Thieát Bò

20
Thiết Bò

Từ đồ thò ,ta có : 29 mâm bao gồm : 19 mâm cất
1 mâm nhập liệu
5 mâm chưng(4
mâm chưng+1 nồi đun)
Tóm lại ,số mâm lý thuyết là N
lt
= 28 mâm .

V . XÁC ĐỊNH SỐ MÂM THỰC TẾ:
Số mâm thực tế tính theo hiệu suất trung bình :

&
C&
&&
P

 =
trong đó: η
tb
: hiệu suất trung bình của đóa, là một hàm số của độ bay hơi tương
đối và độ nhớt của hỗn hợp lỏng : η = f(α,µ).
N
tt
: số mâm thực tế.
N
lt
: số mâm lý thuyết.
• Xác đònh hiệu suất trung bình của tháp η
tb
:
+ Độ bay tương đối của cấu tử dễ bay hơi :
x
x1
y1
y
*
*
−

−
=Q
Với : x :phân mol của rượu trong pha lỏng .
y
*
: phân mol của rượu trong pha hơi cân bằng với
pha lỏng.
* Tại vò trí nhập liệu :
x
F
= 0,10 ta tra đồ thò cân bằng của hệ : y
*
F
= 0,442
21
Thiết Bò

t
F
= 86,5
o
C
+
4
4
J
4
4
"
"

3
3
Q
R
R
S
S
R
−
−
=
−
−
=
F
F
= 7,129
+ Từ
T4=
F
x
và t
F
= 86,5
o
C ,tra tài liệu tham khảo [4(tập 1) – trang
107] : µ
F
=43.10
-6

.9,81 = 0,422.10
-3
(N.s/m
2
)
= 0,422 (cP)
Suy ra : α
F
. µ
F
= 7,129.0,422 =3,007
Tra tài liệu tham khảo [4(tập 2) – trang 171] : η
F
= 0,395
* Tại vò trí mâm đáy :
x
W
= 0,0011 ta tra đồ thò cân bằng của hệ : y
*
W
=
0,018
t
W
= 100
o
C
+
4
4

J
4
4
"
"
3
3
Q
U
U
S
S
U
−
−
=
−
−
=
W
W
= 16,177
+ Từ
TL4
)JAJK
JK
=
−+
=
WW

W
W
xx
x
x
và t
W
= 100
o
C ,tra tài liệu tham
khảo [4(tập 1) – trang 107] :
µ
W
=25.10
-6
.9,81= 0,245.10
-3
(N.s/m
2
)
= 0,245 (cP)
Suy ra : α
W
. µ
W
= 16,177.0,245 = 3,967
Tra tài liệu tham khảo [4(tập 2) – trang 171] : η
W
= 0,365
*Tại vò trí mâm đỉnh :

x
D
= 0,85 ta tra đồ thò cân bằng của hệ : y
*
D
= 0,856
t
D
= 78,5
o
C
+
F4
F4
J
FK4
FK4
"
"
3
3
Q


S
S

−
−
=

−
−
=
D
D
= 1,049
+ Từ
TF4L
)JAJK
JK
=
−+
=
DD
D
D
xx
x
x
và t
D
= 78,5
o
C ,tra tài liệu tham
khảo [4(tập 1) – trang 107] :
µ
D
=51.10
-6
.9,81= 0,500.10

-3
(N.s/m
2
)
= 0,500 (cP)
Suy ra : α
D
. µ
D
= 1,049.0,500 = 0,525
Tra tài liệu tham khảo [4(tập 2) – trang 171] : η
D
= 0,600
Suy ra: hiệu suất trung bình của tháp :
η
tb
=
FKE4

K4KF4LF4

=
++
=
++
DWF
ηηη
• Số mâm thực tế của tháp N
tt
:

22
Thiết Bò

FKE4

=
tt
N
=52,55 mâm
Vậy chọn N
tt
= 53 mâm , gồm : 42 mâm cất
1 mâm nhập liệu
10 mâm chưng
23
Thiết Bò

CHƯƠNG III :TÍNH TOÁN –THIẾT KẾ THÁP
CHƯNG CẤT .
I . ĐƯỜNG KÍNH THÁP :(D
t
)

tbyy
tb
g
)VJA
4
VJKJW



&
&
&
ρ
==
(m)
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).
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng và đoạn cất khác nhau.Do đó,
đường kính đoạn chưng và đoạn cất cũng khác nhau .
1. Đường kính đoạn cất :
a . Lượng hơi trung bình đi trong tháp :


gg
g
d
tb
+
=

(Kg/h)
g
d
: lượng hơi ra khỏi đóa trên cùng của tháp (Kg/h).
g
1
: lượng hơi đi vào đóa dưới cùng của đoạn cất (Kg/h).
• Xác đònh g
d
: g
d
= D.(R+1) =6,719.(2,973+1) = 22,247 (Kmol/h)
= 1120,336(Kg/h)
(Vì M
thD
=46.y
D
+(1-y
D
).18 =
41,968 Kg/Kmol).
• Xác đònh g
1
: Từ hệ phương trình :





=

+=
+=
dd
D
rgrg
xDxGyg
DGg
JJ
JJJ



(III.1)
Với : G
1
: lượng lỏng ở đóa thứ nhất của đoạn cất .
r
1
: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đóa thứ nhất của đoạn cất
r
d
: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi ra ở đỉnh tháp .
* Tính r
1
: t
1
= t
F
= 86,5
o

C , tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)] ta có :
X nhiệt hoá hơi của nước : r
N1
= 41280 (KJ/kmol) .
X nhiệt hoá hơi của rượu : r
R1
= 37395 (KJ/kmol) .
Suy ra : r
1
= r
R1
.y
1
+ (1-y
1
).r
N1
= 41280 – 3885.y
1
(KJ/kmol)
* Tính r
d
: t
D
= 78,5
o
C , tra tài liệu tham khảo IV (tập 1) ta có :
X nhiệt hoá hơi của nước : r
Nd
= 41628 (KJ/kmol) .

X nhiệt hoá hơi của rượu : r
Rd
= 37988 (KJ/kmol) .
Suy ra : r
d
= r
Rd
.y
D
+ (1-y
D
).r
Nd
=37988.0,856 + (1- 0,856).41628
= 38512,16 (KJ/kmol)
24
Thiết Bò

* x
1
= x
F
= 0,10
Giải hệ (III.1) , ta được : G
1
= 15,751 (Kmol/h)
y
1
= 0,297 (phân mol etanol) _ M
1

=26,316
g
1
= 21,351 (Kmol/h) = 561,873(Kg/h)
Vậy : g
tb
=
EF4EE

E4FKKK4L
=
+
(Kg/h)
b . Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :
Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp với mâm xuyên lỗ có ống chảy chuyền :
ytb
xtb
gh
ρ
ρ
ω
JF4=
Với : ρ
xtb
: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng (Kg/m
3
) .
ρ
ytb
: khối lượng riêng trung bình của pha hơi (Kg/m

3
) .
• Xác đònh ρ
ytb
:
( )
[ ]
( )
EJ4
EJJKJ
+
−+
=
tb
tbtb
ytb
t
yy
ρ

Với: + Nồng độ phân mol trung bình : y
tb
=

 D
yy +
=

FK4LE4 +
=0,5765

+ Nhiệt độ trung bình đoạn cất : t
tb
=

DF
tt +
=

F4EF4K +
=82,5
o
C
Suy ra : ρ
ytb
=1,171 (Kg/m
3
).
• Xác đònh ρ
xtb
:
Nồng độ phân mol trung bình : x
tb
=

DF
xx +
=

F44 +
= 0,475

Suy ra :
)JAJK
JK
tbtb
tb
tb
xx
x
x
−+
=
=69,81% .
t
tb
= 82,5
o
C , tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)-trang 9], ta có :
ρ
xtb
= 821,25 (Kg/m
3
)
Suy ra :
E4
F4
JF4=
gh
ω
=1,324 (m/s)
Để tránh tạo bọt ta chọn tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :

4J4J4 ==
ghh
ωω
= 1,060 (m/s)
Vậy :đường kính đoạn cất :
D
cất
=
K4JE4
EF4EE
J4
= 0,485 (m).
25