trích ly phenol trong nước thải bằng dung môi benzen bằng tháp đĩa quay

Trường ĐH Bà Rịa –Vũng Tàu GVHD: PGS.TS Nuyễn Văn Thông
MỞ ĐẦU
Trong thời buổi hiện nay, khi mà tốc độ đô thị hóa ngày càng diễn ra với một
tốc độ nhanh đến chóng mặt, cùng với những mặt tốt của nó như đem đến cho
con người thêm nhiều điều thú vị, tiện nghi, văn minh, hiện đại thì cũng lấy đi
những điều vô cùng quý giá, đó tình trạng ô nhiễm nguồn nước mặn, ngọt, nước
ngầm đã xuất hiện ở nhiều nước, nhiều nơi và ngày càng trở nên nghiêm trọng.
Sự ô nhiễm nước không chỉ đơn thuần là do vi sinh vật và các chất hữu cơ gây
ra, mà còn do nhiều tác nhân khác, như các sản phẩm dầu, các chất tẩy rửa các
chất phóng xạ Đó là các chất độc hại gây nguy hiểm cho sức khoẻ con người
và mọi sinh vật, trong đó phenol và các dẫn xuất của phenol được xếp vào loại
chất gây ô nhiễm mạnh. Tuy nhiên để đảm bảo nguồn nước đạt chất lượng
không chứa phenol thì việc cần thực hiện đó là tìm cách tách các cấu tử không
mong muốn ra khỏi nguồn nước.
Do đó nhiều chuyên gia, doanh nghiệp, tổ chức bắt tay vào tìm hiểu, xây
dựng nên mô hình, các dây chuyền công nghệ hiện đại. Để khắc phục tình trạng
này. Đặc biệt là tình trạng nguồn nước bị nhiễm các chất độc hóa học như asen,
chì, phenol,benzen
Tuy nhiên dể có những công nghệ, thiết bị hiện đại thì chúng ta phải trải qua
quá trình đúc kết kinh nghiệm lâu dài, xây dựng các công nghệ mới dựa trên
công nghệ cũ.Chính vì vậy mà trong đồ án này nhóm em được giao đề tài: trích
ly phenol trong nước thải bằng dung môi benzen bằng tháp đĩa quay. Trong đồ
án này chúng em sẽ thiết kế tháp đĩa quay để trích ly phenol bằng benzen với
lưu lượng đầu vào của hỗn hợp phenol và nước là 5,5 m
3
/ h,nồng độ phenol ban
đầu là 0,3kg/h, nồng độ phenol cuối là 0,05kg/h, nồng độ dầu của phenol trong
chất trích ly là 0,02kg/h, nhiệt độ là 25
0
C.
Đồ án môn học Trang 1

Trường ĐH Bà Rịa –Vũng Tàu GVHD: PGS.TS Nuyễn Văn Thông
PHẦN I :
TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
CHƯƠNG I :
TỔNG QUAN VỀ PHENOL VÀ BENZEN
I.1. Ô nhiễm phenol
I.1.a.Đặc điểm và tính chất của phenol.
Phenol hay còn gọi là acidum carbolium tồn tại ở dạng tinh thể trắng ở nhiệt
độ phòng và áp suất thường, khi bị phơi ra ngoài không khí và ánh sáng thì sẽ
chuyển sang màu hồng hoặc đỏ.
Phenol có vị khét và mùi hăng cay đặc trưng, tan hạn chế trong nước
(6,7g/100ml) và tan hầu hết trong các dung môi hữu cơ như ete dầu hỏa,
benzene, aceton… Nồng độ chấp nhận được của phenol là 0,04ppm
Các đặc trưng của phenol
Công thức phân tử C
6
H
5
OH
Khối lượng phân tử 94,11
Tỉ trọng 1,06g/cm
3
tại 20
0
C
Nhiệt độ sôi 181,8
0
C
Nhiệt độ nóng chảy 43
0

C
Áp suất hơi bão hòa 20hpa tai 20
0
C 35hpa tại 50
0
C
Ngưỡng ngửi mùi 0,047ppm
Khả năng hòa tan ở 25
0
C thì hòa tan 87g/l
Theo cơ quan bảo vệ môi trường mỹ (FPA) phenol và các dẫn xuất của
phenol, đặc biệt là dạng dẫn xuất clo phenol xếp vào loại hợp chất gây ô nhiễm
khó phân giải. Phenol là chất ô nhiễm mang tính trơ cao.
I.1.b.Nguồn gốc phát sinh chất chứa phenol
Đồ án môn học Trang 2
Trường ĐH Bà Rịa –Vũng Tàu GVHD: PGS.TS Nuyễn Văn Thông
Trong tự nhiên, phenol xuất hiện ở một số sản phẩm ôi thiu, trong phân và
xác chết của động vật. Do đó quá trình chuyển hóa protein ở động vật khi bị
phân hủy bởi các vi sinh vật mà ở đó là phenol và các hợp chất phenol được
xem như là sản phẩm trung gian của quá trình phân giải các hợp chất
hidrocacbon thơm, lọai đơn vòng hay đa vòng.
Phenol là một chất hóa học do con người tạo ra, có mặt trong nước thải của
các quá trình sản xuất công nghiệp.Trong đó đặc biệt kể đến trong các ngành
như: Công nghiệp luyên cốc, công nghiệp dầu khí, sản xuất keo bán, gỗ dán, dệt
nhuộm, hóa chất, làm giấy….
I.1.c. Ảnh hưởng
I.1.c.Ảnh hưởng
+ Môi trường
Hiện tại chưa có một công bố đầy đủ về ô nhiễm phenol trong nguồn nước
nói chung và dòng thải công ngiệp. Tuy nhiên khảo sát sơ bộ cho thấy tình trạng

ô nhiễm phenol và các hợp chất phenol trong nước thải là rất cao.
+ con người
Phenol có thể thâm nhập vào con người thông qua việc hô hấp và tiếp xúc
với da, mắt, màng nhầy của người. Phenol được xem là chất kịch độc khi đi vào
cơ thể con người thông qua đường miệng. Khi hàm lượng vượt quá mức cho
phép thì dẫn tới tự vong hay hiện tượng co giật, không có khả năng kiểm sóat
bản thân, hôn mê dẫn tới rối loạn hô hấp, máu trong cơ thể thay đổi dẫn tới hiện
tượng tụt huyết áp. Phenol còn ảnh hưởng tới gan, thận, tim của người mắc
phải.
Nhiều thí nghiệm cho thấy hiện tượng đau bắp thịt, sưng gan của con người khi
tiếp xúc với phenol lâu ngày, làm rối loạn nhịp tim, giới hạn của phenol cho
phép trong cơ thể người là 0,6mg/kg trọng lượng cơ thể
Hiện nay chưa có nghiên cứu nao về sử ảnh hưởng của phenol ở nồng độ
thấp đối với sự phát triển của cơ thể, tuy nhiên nhiều nhà khoa học cho rằng tiếp
Đồ án môn học Trang 3
Trường ĐH Bà Rịa –Vũng Tàu GVHD: PGS.TS Nuyễn Văn Thông
xúc với phenol thường xuyên sẽ làm cho con người phát triển chậm, biến đổi dị
thường ở thế hệ sau, tăng tỉ lệ sinh non.
Hiện nay chưa có một nghiên cứu nào chỉ ra rằng phenol có thể gây ung thư
cho con người. Tuy nhiên các kết quả nghiên cứu trên động vật cho khi cho
chúng ăn thường xuyên với thức ăn chứa phenol ở hàm lượng cho phép thì thấy
xuất hiện khối u hoặc một số chất gây ung thư da ở chuột. EPA( Environmental
Protection Agency) và được xếp vào nhóm D, nhóm gây ung thư cho người, do
chưa có các số liệu liên quan tới hiệu ứng gây ung thư ở người.
I.2. Dung môi benzen (dung môi thứ)
I.2.a. Nguồn gốc phát sinh benzen
Trong tự nhiên benzen xuất hiện trong quá trình hoạt động của núi lửa, cháy
rừng và còn là thành phần tự nhiên của dầu thô, xăng, khói thuốc lá.
Trong điều kiện nhân tạo. Benzen thải ra từ khói thuốc lá, khói xe cộ, khói từ
khu công nghiệp.Ở những nơi khai thác dầu mỏ, chất hóa dầu và sản phẩm công

nghiệp than cốc.
I.2.b.Tính chất
Benzen (C
6
H
6
) là chất lỏng không màu có mùi khó chịu, đông đặc ở 5,5
0
C,
sôi ở 80,1
0
C, tỉ trọng 0,8791(g/cm
3
), khối lượng phân tử 78,11.
Benzen tạo thành với không khí một hỗn hợp dễ nổ, dễ trộn với ete, xăng và
dung môi hữu cơ khác, tạo thành với nước một hỗn hợp sôi ở 69,25
0
C. Benzen
thuộc loại hidrocacbon không no, benzen bền vững với tác dụng của các chất
oxi hóa, dễ tham gia phản ứng thế hơn phản ứng cộng .
Đặc biệt, benzene là hợp chất hữu cơ dễ tan trong dầu và các chất hữu cơ
không phân cực, do vậy benzen là một dung môi rất phổ biến trong công
nghiệp.
CHƯƠNG II.
Đồ án môn học Trang 4
Trường ĐH Bà Rịa –Vũng Tàu GVHD: PGS.TS Nuyễn Văn Thông
LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ TRÍCH LY
BẰNG DUNG MÔI BENZENE
II.1. Mục đích và ý nghĩa của quá trình trích ly bằng dung môi
benzene.

Mục đích của quá trình trích ly là chiết tách các cấu tử không mong muốn
chứa trong nước thải đạt hiệu quả cao nhất, ít tốn kém.
Nguyên lý của quá trình tách bằng dung môi chọn lọc là dựa vào tính chất
hoà tan có chọn lọc của dung môi được sử dụng. Khi trộn dung môi vào nguyên
liệu ở điều kiện thích hợp, các cấu tử của nguyên liệu sẽ phân thành hai nhóm:
nhóm hoà tan tốt trong dung môi tạo thành pha riêng gọi là pha trích (extrack);
còn phần không hoà tan hay hoà tan rất ít trong dung môi gọi là rafinat. Sản
phẩm có ích có thể nằm trong pha trích hay rafinat tuỳ thuộc vào loại dung môi
sử dụng. Với dung môi benzen thì sản phẩm có ích không hoà tan vào dung môi
này, nên chủ yếu trong pha trích là những cấu tử có hại đối với nước.
Do đó quá trình trích ly bằng dung môi chọn lọc có ý nghĩa quan trọng trong
việc loại bỏ phenol ra khỏi nước. Quá trình này làm làm giảm thiểu mức gây ô
nhiễm cho nguồn nước.
II.2 yêu cầu của dung môi thứ
+ Có độ hòa tan thích hợp.
+ Phải có tính chọn lọc cao nghĩa là chỉ hòa tan cấu tử cần tách, không hoặc
hòa tan rất ít cấu tử khác.
+ Phải bền về mặt hóa học, không phản ứng hóa học, không gây ăn mòn và
dễ sử dụng.
+ Có nhiệt độ sôi khác xa với cấu tử cần tách để dễ dàng thu được dung môi,
tiết kiệm được năng lượng.
+ Có giá thành rẻ dễ kiếm.
Đồ án môn học Trang 5
Trường ĐH Bà Rịa –Vũng Tàu GVHD: PGS.TS Nuyễn Văn Thông
+ Có độ chênh lệch tỉ trọng lớn đối với dung dịch ban đầu, độ nhớt nhỏ.
II.3. Lựa chọn phương pháp trích ly
II.3.a.Trích ly một bậc
Đây là phương pháp trích ly đơn giản, trong đó hỗn hợp đầu và dung môi
thứ cùng cho vào một thiết bị cánh khuấy để được trộn lẫn và tiếp xúc với nhau
sau đó đưa sang thiết bị lắng tách riêng hai pha .Raphinat và dung dịch trích rồi

đưa dung dịch trích đi hàn nguyên để thu cấu tử cần trích và dung môi thứ nếu
thời gian đủ thì quá trình có thể đạt gần trạng thái cân bằng do định luật phân bố
quyết định như vậy thì mức độ trich ly là tương đối thấp.
II.3.b.Trích ly nhiều bậc chéo dòng
Đây là hệ thống có nhiều thiết bị trích ly đặt nối tiếp nhau. Trong mỗi bậc
nó tiếp xúc với dung môi thứ được đưa vào song song. Sau mỗi bậc ta thu được
pha raphinat đi sang bậc sau để trích ly tiếp còn dung dịch trích ta tách ra chế
biến đến khi đạt yêu cầu cần thiết. Cuối cùng ta thu được một cấu tử nguyên
chất. Nhưng nhược điểm vẫn tiêu tốn nhiều dung môi thứ.
II.3.c.Trích ly nhiêu bậc ngược chiều
Phương pháp này được dùng nhiều nhất trong công nghiệp. Hệ thống nhiều
bậc đặt nối tiếp nhau hỗn hợp đầu F đi vào đầu này còn dung môi thứ S đi vào
đầu kia của hệ thống và chuyển động ngược chiều nhau. Dung dich trích cuối
cùng E
1
ra khỏi thiết bị ở bậc một, còn raphinat cuối R
n
thì ra khỏi thiết bị ở bậc
cuối n (ở bậc cuối n pha raphinat nghèo cấu tử cần trích B)còn ở bậc một hỗn
hợp đầu F chứa nhiều cấu tử B nhất lại tiếp xúc với dung dịch trịch E
2
gần bão
hòa nhờ đó mức độ trích ly triệt để nhất.
II.4.Thiết bị trích ly tiếp xúc liên tục
II.4.a.Tháp phun
Tháp làm việc có hiệu quả cao khi tốc độ làm việc của pha liên tục lớn. Tuy
nhiên khi tốc độ tương đối của các giọt của pha phân tán so vói pha liên tục đạt
75% tốc độ rơi tự do liên tục trong môi trường pha liên tục đứng yên (tính theo
Đồ án môn học Trang 6
Trường ĐH Bà Rịa –Vũng Tàu GVHD: PGS.TS Nuyễn Văn Thông

định luật stock) thì bắt đầu có hiên tượng “sặc”. Tốc độ của pha liên tục trong
tháp phun khoảng 0,004- 0,009 m/s đường kính hạt từ 1-10mm.
II.4.b.Tháp đệm
Tháp đệm có lớp đệm mà khoảng trống giữa các lớp đệm gây nên sự khuấy
trộn chất lỏng, do đó có ảnh hưởng tốt đến quá trình trích ly .
II.4.c.Thiết bị trích ly ly tâm
Bộ phận chủ yếu là roto quay xung quanh trục nằm ngang và đặt trong một
thùng đứng yên. Số vòng quay từ 2000- 5000 v/phút. Loại thiết bị này đắt ,cần
gia công chính xác nhưng có nhiều ưu điểm.
+ Có thể thay đổi quan hệ tỉ lệ của các pha trong giới hạn lớn.
+Có khả năng trích ly chất lỏng rễ tảo nhũ tương vi nó được tiến hành
trong truongr hợp ly tâm.
+Thể tích chất lỏng trong khoảng không gian làm việc bé (dưới 0,4%
năng suất trung của thiết bị 10m
3
/h).
+Thời gian lưu lại của chất lỏng trong thiết bị ít.
+ Kích thước bé.
II.4.d.Thiết bị trích ly tiếp xúc từng bậc
• Tháp đĩa
Loại tháp thường dùng là tháp lưới.Tháp chóp không dùng vì hiểu quả thấp.
Đường kính từ 1,5-9mm, tiết diện tự do của tháp khoảng 10% tiếp diện tháp.
Khoảng cách giữa các đĩa 150-600mm. hiểu quả của tháp không cao lắm
II.5.Chọn tháp trích ly
Các thiết bị trích ly có cánh khuấy thì nó đảm bảo cường độ chuyển khối
rất cao nên ngày càng được dùng phổ biến rộng rãi hơn trong công nhiệp.
Nhược điểm của nó là khó dùng trong môi trường ăn mòn hay chất lỏng
phóng xạ mạch để đảm bảo cường độ chuyền khối cao thì người ta dùng loại có
gây động.
Để xử lý một khối lượng lớn nước thải nhiễm phenol trong công nghiệp

cũng như trong nước sinh hoạt hàng ngày thì cần một loại tháp đảm bảo cường
Đồ án môn học Trang 7
Trường ĐH Bà Rịa –Vũng Tàu GVHD: PGS.TS Nuyễn Văn Thông
độ làm viêc và năng xuất cao thì thiết bị trích ly có khuấy trộn loai đĩa quay đáp
ứng yêu cầu đó.
Đồ án môn học Trang 8
Trường ĐH Bà Rịa –Vũng Tàu GVHD: PGS.TS Nuyễn Văn Thông
CHƯƠNG III:
SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ TRÍCH LY PHENOL BẰNG
DUNG MÔI BENZEN
III.1. Sơ đồ
III.1a. thuyết minh sơ đồ
Trong sơ đồ: dung dịch đầu là một chất lỏng nặng hơn so với dung môi nên
được bơm từ trên xuống. Tái sinh dung môi từ pha trích tiến hành theo cách bốc
hơi ở trong thiết bị cô dặc một nồi, dung dịch đầu từ thùng chứa bằng bơm đưa
vào phần trên tháp K3, phần dưới cột đó từ thùng chứa bằng bơm dung môi sẽ
được đưa vào.
Thiêt bị trích ly đây là một tháp đĩa quay, pha nhẹ hơn sẽ được phân tán, đó
là benzen. Pha phân tán phân bổ đều theo tiết diện ngang của tháp đĩa rồi dịch
chuyển từ dưới lên đi quay vùng làm việc của tháp trích ly tạo thành pha trích là
một lớp pha nhẹ.
Đi ngược lại dòng dung môi là pha nặng đi từ trên xuống và chất cần trích ly
sẽ được tách ra là phenol. Hỗn họp đầu được làm sạch gọi là rafinat, được tập
hợp ở vùng lắng phía dưới. Phần lắng nằm phía dưới pha phân bố sau đó chất
trích ly tự chảy qua van thủy lực để đưa vào thùng chứa rafinat van thủy lực có
tác dụng biến đổi chiều cao của pha nhẹ đồng thời ổn định nước.
Pha trích đi qua bộ phận gia nhiệt Q đưa vào thiết bị cô đặc AB có buồng
đốt ngoài gia nhiệt bằng hơi nước. Dung dịch đậm đặc của chất trích ly sẽ đi ra
khỏi thiết bị cô đặc vào thùng chứa từ đây bằng bơm được đi chế biến. Tiếp
tục phần hơi thứ là dung môi được ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ nhờ vậ

lượng hơi thứ được ngưng tụ hoàn toàn hơi thứ thực hiện ở thiết bị ngưng tụ
được làm lạnh bằng hơi nước. Sau khi được làm lạnh dung môi ngưng tụ được
đưa vào thùng chứa . Người ta đưa vào thùng chứa này một lượng dung môi
mới để bù trừ sự mất mát dung môi do sự bốc hơi. Trong sơ đồ chỉ ra bộ phận
ngưng tụ KO đối với nước ngưng tụ phát ra từ nồi cô đặc, bơm đưa pha rafinat
đi chế biến tiếp tục.
Đồ án môn học Trang 9
Trường ĐH Bà Rịa –Vũng Tàu GVHD: PGS.TS Nuyễn Văn Thông
Tất cả thiết bị được làm việc ở áp suất thường hoặc dư 1 ít, áp suất được
ống tạo ra bằng bơm và máy đun ở thiết bị cô đặc.
Tái sinh dung môi được thực hiện chỉ từ pha trích bằng phương pháp chưng
luyện.
Nếu dung môi hòa tan tốt ở trong dung dịch đầu thì cần thiết phải tái sinh
dung môi từ pha rafinat.
PHẦN II:
TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THÁP ĐĨA QUAY
Đồ án môn học Trang 10
Trường ĐH Bà Rịa –Vũng Tàu GVHD: PGS.TS Nuyễn Văn Thông
ĐỂ TRÍCH LY PHENOL
CHƯƠNG I:
CÂN BẰNG VẬT CHẤT
I.1.Các số liệu ban đầu
• Lưu lượng đầu vàoV
x
=V
c
= 5,5m
3
/h. Nồng độ phenol ban đầu là
C

xd
=0,3kg/m
3
• Hiệu suất tách cuối cùng đạt 96,6%
• Nồng độ cuối của phenol trong nước thải
3
0,05kg / m
xc
C =
.
• Nồng độ đầu của phenol trong chất trích ly (benzen):
3
0,02kg / m
yd
C =
.
• Nhiệt độ trích ly t =25
0
C.
Khối lượng riêng:
• Của nước:
3
997( / )
c
kg m
ρ
=
• Của benzen:
3
874( / )

benzen
kg m
ρ
=
•
3
123( / )kg m
ρ
∆ =
Độ nhớt:
• Của nước µ
c
=0,894
• Của benzen: µ
benzen
=0,6
• Sức căng bề mặt:
0,0341( / )N m
σ
=
I.2.Tiêu hao dung môi.
I.2.1.Điều kiện cân bằng
Hệ số phân phối phenol giũa benzene và nước ở nồng độ thấp thực tế là
không đổi, taị 25
0
C bằng 2,22. Do đó, cân bằng giữa các giai đoạn trong trường
hợp này được xác định bởi phương trình (III.2), cho m=2,22, m
0
=0
Đồ án môn học Trang 11

Trường ĐH Bà Rịa –Vũng Tàu GVHD: PGS.TS Nuyễn Văn Thông
I.2.2.Lượng benzene tiêu tốn
Do nồng độ của C
6
H
5
OH rất bé nên sự thay đổi khối lượng riêng của pha
trong quá trình trích ly có thể bỏ qua. Vì vậy hệ số tách của phenol sẽ tương ứng
với phương trình.
S=1 -
xc
xd
c
c
(I-44)
C
xd
-Nồng độ đầu của phenol trong nước thải.
C
xc
-Nồng độ ở thời điểm cuối của phenol trong nước thải.
0,05
1 0,8333
0,3
S = − =
Đối với trường hợp nồng độ rất bé ta có thể xác định thể tích tiêu hao nhỏ
nhất của chất trích ly theo phương trình (I-48). Tài liệu [1]
3
4 3
min

*
. .
0,8333.1,5278.10 .0,3
5,9123.10 ( / )
. 2,22.0,3 0,02
xd xd
y
y xd yc
S V C
V m s
C C C
−
−
= = =
− −

= 2, 1284 (m
3
/h)
Tuy nhiên lượng benzene tiêu tốn thực tế phải lớn hơn V
ymin.
Hiệu quả của hệ thống trích ly bằng phương pháp đĩa quay, thường không vượt
quá 1 bậc lý thuyết. Vì vậy trong trường hợp đã cho cần xác định lượng tiêu tốn
của benzen. Từ các điều kiện đã cho ta thấy số bậc lý thuyết gần bằng 1. Rõ
ràng ở nồng độ phenol rất nhỏ, sự thay đổi tiêu hao pha trong hệ thống trích ly
có thể bỏ qua và số bậc lý thuyết có thể theo phương trình (III.15) của tài liệu
[1]. trang 46.
Nếu sự tiêu tốn benzene lớn hơn 2 lần lượng V
ymin
=1,18246.10

-3
(m
3
/s) thì
nồng độ cuối cùng phenol trong benzene tương ứng với phương trình (III.9,6).
Đồ án môn học Trang 12
Trường ĐH Bà Rịa –Vũng Tàu GVHD: PGS.TS Nuyễn Văn Thông
( )
x
yc yd xd xc
V
C C x C C
Vy
= + −
3
3
1,5278.10
0,02 (0,3 0,05)
1,18246.10
yc
C x
−
−
= + −
= 0,343 (kg/m
3
)
I.2.3.Khi đó số bậc lý thuyết là.
0
0

lg
lg
yc xd
yd xc
t
y
x
C mC m
C mC m
n
mV
V
 
− −
 ÷
 ÷
− −
 
=
 
 ÷
 
0,343 2,22.0,3 0
lg
0,02 2,22.0,05 0
1,299
2,22.1,18246
lg
1,5278
t

n
− −
 
 ÷
− −
 
= =
 
 ÷
 
Kết quả khi tính Các lượng benzene khác nhau được thể hiện trong bảng sau.
min
/
y y
V V
6 7 8 9
3
( / )
yc
С kg m
0,1177 0,1123 0,09 0,082
Số bậc lý thuyết(n
t
) 1,09 1 0,95 0,90
Vì tháp làm việc gần một bậc lý thuyết có hiểu quả thì sự tiêu tốn của dung
môi benzene ít nhất gấp 7 đến 8 lần so vớ dung môi benzene min.
Do vậy lượng dung môi cần gấp 7 lần hỗn hợp ban đầu tương ứng là
V
d
=V

y
=4,139.10
-3
m
3
/s (=14,9m
3
/h). Vậy nồng độ phenol cuối cùng là
C
ycuối
=0,1123(kg/m
3
).
Để tháp đạt hiệu suất tách 96,6% theo yêu cầu thì nồng độ cuối của
Phenol trong nước thải là 0,3.4/100=0,01(kg/h)
= > Vậy nồng độ phenol cuối trong benzene là.
Đồ án môn học Trang 13
Trường ĐH Bà Rịa –Vũng Tàu GVHD: PGS.TS Nuyễn Văn Thông
1,528
0,02 .(0,3 0,01) 0,127
4,139
yc
С = + − =
Ta có: Cân b ng kh i l ng: Lo+VN+1=LN+V1=Mằ ố ượ
Cân b ng v n ng : Lo.Cyd+VN+1.Cxd=LN.Cyc+V1.Cxc=Mằ ề ồ độ
V i ớ Lo : L ng nguyên li u i v o tháp.ượ ệ đ à
VN+1 : L ng dung môi benzene i v o tháp.ượ đ à
LN : L ng dung dich pha raffinate.ượ
V1 : L ng dung dich pha trích.ượ
M :L ng h n h p c a dung môi th v dung môi u.ượ ỗ ợ ủ ứ à đầ

Ta gi i h ph ng trình:ả ệ ươ
LN+V1=20,4
LN.0,127+V1.0,01=1,948
LN=14,9(m3/h), V1=5,5(m3/h).
CHƯƠNG II:
TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ THÁP TRÍCH LY
II.1.Điều kiện của thiết bị trích ly.
Thường thì đường kính của roto nhỏ hơn 1,5-2 lần so với đường kính của
tháp. Khoảng cách giữa hai đĩa là 2-4 lần nhỏ hơn đường kình của tháp. Đường
kính bên trong của stato (hình vành khăn) 70-80% so với đường kính của
cột.Tần số quay của đĩa nDp thường giới hạn 0,1-1m/s ta có tỉ lệ kích thước
như:
2
3
p
D
D
=
;
3
4
c
D
D
=
;
1
3
h
D

=
+ D
p
: Đường kính của đĩa.
+ D
c
: Đường kính của stato (vành khăn).
+ D : Đường kính tháp.
+ h : Chiều cao của ngăn.
+ Làm việc với nD
p
=0,2m/s.
II.2.Kích thước giọt trung bình
Đồ án môn học Trang 14
Trường ĐH Bà Rịa –Vũng Tàu GVHD: PGS.TS Nuyễn Văn Thông
Từ phương trình (VIII.20) trang 140 tài liệu [1].
0,3 0,5
0,9 0,8 0,2 0,23
.
16,7.
( ) . . .
c
p c
µ
d
nD g N
σ
ρ
=
Để xác định kích thước giọt từ phương trình cần phải biết số lượng của phần

vùng (ổ đĩa). Giả sử N=20.
3 0,3 3 0,5
3
0,9 0,2 0,8 0,23
(0,894.10 ) .(34,1.10 )
16,7. 2,03.10
(0,2) .(9,81) .(997) .(20)
d m
− −
−
= =
= 2,03 mm
II.3.Vận tốc lắng
Với benzen ứng với kích thước hạt 2,03mm thì ta có
2 3
2 3
4 3 4
.
997 .(0,0341)
. . 9,81.123.(0,894.10 )
c
P
g µ
ρ σ
ρ
−
= =
∆

10
5,12.10=
(VIII.2)-
[1]
0,15 10 0,15
(5,12.10 ) 40,4P = =
Hệ số cấp chất:
2 0,15 3 2
4. . . . 4.123.9,81.(2,03.10 ) .40,4
3. 3.0,0341
g d P
T
ρ
σ
−
∆
= =


7,85=
(VIII.2)-
[1]
Với
2 70T
< ≤
=> Lưu lượng được tính theo công thức VIII.2 trang 138 [1]
Đồ án môn học Trang 15
Trường ĐH Bà Rịa –Vũng Tàu GVHD: PGS.TS Nuyễn Văn Thông
0,78 0,78
(0,75. ) (0,75.7,85) 3,99Q T= = =

0,15
( 0,75). (3,99 0,75).40,4 130,896
e
R Q P= − = − =
(VIII.2)-
[1]
=> Vậy vận tôc lắng. ( Trang-137)-[1]
3
0
3
0,894.10
. 130,896. 0,0578( / )
. 997.2,03.10
c
e
c
µ
R m s
d
ω
ρ
−
−
= = =


5,78( / )cm s=
Đối với hạt có kích thước 2,03mm thì tốc độ lắng gần đúng là 5,78(cm/s).
II.4.Vận tốc đặc trưng của giọt.
Từ phương trình VIII.7 trang 138 tài liệu [1]

2
2
3
0,562
4
c
D
D
 
 
= =
 ÷
 ÷
 
 
;
2
2
2
1 1 0,556
3
P
D
D
 
 
− = − =
 ÷ ÷
 
 

( )
0,5
2
2
C P
C P
D D
D D
h
X
D D D
 
+
−
 
 
+ =
 
 ÷
 ÷
 
 
 
 
0,5
2 2
3 2 3 2 1
0,487
4 3 4 3 3
X

 
     
= + − + =
 
 ÷  ÷  ÷
     
 
 
Do đó hệ số α = 0,487
=>Vận tốc đặc trưng của giọt là.
ω
đặc ttính
= α.
ω
0
= 0,487 . 5,78 = 2,81 cm/s
II.5.Vận tốc biểu kiến của pha khi bị ngập lụt.
Từ phương trình VIII.5 trang 138 [1]
Đồ án môn học Trang 16
Trường ĐH Bà Rịa –Vũng Tàu GVHD: PGS.TS Nuyễn Văn Thông
2 3
3 3 3 3 dactinh
( ) (1 4 7 4 ).
c d
ω ω ω
+ = − Φ + Φ − Φ
c
ω
: Tốc độ của raphinat.
d

ω
: Tốc độ của dung dịch trích.
Φ −
Khả năng giữ trong chế độ ngập lụt.
2
3
8 3
4(1 )
b b b
b
+ −
Φ =
−
Với
y
x
V
b
V
=
=
3
3
4,139.10
1,5278.10
b
−
−
=
=3

2
3
3 8.3 3.3
0,4
4.(1 3)
+ −
Φ = =
−

2 3
3
( ) (1 4.0,4 7.0,4 4.0,4 ).2,81 0,74( / )
c d
сm s
ω ω
+ = − + − =
II.6.Đường kính tối thiểu của tháp.
3 3
min
2
4.( )
4.(1,5278.10 4,139.10 )
0,988
.( ) 3,14.0,74.10
d c
d c
V V
D m
ω ω
− −

−
+
+
= = =
Π +
Ta thừa nhận đường kính bên trong bằng 1 m. Tốc độ biểu kiến của pha ở
các giai đoạn trong cột là
0,53 /
y d
cm s
ω ω
= =
,
0,19 /
x c
cm s
ω ω
= =
.Tỉ lệ của các
giai đoạn này là 97% so với tốc độ pha tổng cộng khi “ngập lụt”.
II.7.Kích thước cơ bản của thiết bị trích ly bên trong.
Đường kính của đĩa:
2
. 1. 0,667
3
p
p
D
D D m
D

= = =

Đồ án môn học Trang 17
Trường ĐH Bà Rịa –Vũng Tàu GVHD: PGS.TS Nuyễn Văn Thông
Đường kính của vòng xuyến:
3
. 1. 0,75
4
c
c
D
D D m
D
= = =
Chiều cao của ngăn :
1
. 1. 0,333
3
h
h D m
D
= = =
II.8.Tần số quay của roto.
1
0,2
0,3
0,667
p
p
nD

n s
D
−
= = =
II.9.Bề mặt tiếp xúc riêng phần giữa các giai đoạn.
Từ phương trình (VIII.11 trang 139 [1].
3 2
2 (1 ) 0
d c d
dactinh dactinh dactinh
ω ω ω
ω ω ω
Φ − Φ + + − Φ − =
3 2
2. 1,12 0,1886 0
Φ − Φ + Φ − =
Cột làm việc trong điều kiện khi mà khả lăng lưu trữ cũng sẽ có giá trị nhỏ
nhất khi giải phương trình bậc ba, thì giá chị nhỏ nhất được thừa nhận là 0,337.
Vậy bề mặt tiếp xúc riêng phần giữa các giai đoạn
2 3
3
6. 6.0,337
996 /
2,03.10
a m m
d
−
Φ
= = =
II.10.Chiều cao làm việc của tháp.

Người ta coi rằng chiều cao của cột tính đến sử khuấy trộn theo chiều dọc
trên sơ đồ khuếch tán. Hệ số khuếch tán theo chiều dọc trong pha liên tục E
c
,
pha phân ly E
d
được xác định từ phương trình thực nghiêm.
Đồ án môn học Trang 18
Trường ĐH Bà Rịa –Vũng Tàu GVHD: PGS.TS Nuyễn Văn Thông
2
2 2
0,5. 0,09. .
1
p
c c c
c p
D
h D D
E nD h
D D D
ω
 
 
   
 
= + −
 ÷
 ÷  ÷
− Φ
   

 
 
 
2
2 2
.
0,5. 0,09. .
p
d c c
d p
D
h D D
E nD h
D D D
ω
 
 
   
 
= + −
 ÷
 ÷  ÷
Φ
   
 
 
 
Ta có:
2 2 2
2

0,19.10 .0,333 2 3 2
0,5. 0,09. . 0,2.0,333
1 0,337 3 4 3
c x
E E
−
 
     
= = + −
 
 ÷  ÷  ÷
−
     
 
 

4 2
7,916.10 /m s
−
=
2 2 2
2
0,53.10 .0,333 2 3 2
0,5. 0,09. . 0,2.0,333
0,337 3 4 3
y d
E E
−
 
     

= = + −
 
 ÷  ÷  ÷
     
 
 

3 2
2,965.10 /m s
−
=
Để xác định hệ số truyền khối lượng ta cần phải biết vận tốc tương đối của
giọt trong cột và hệ số Reynolds.
Vận tốc tương đối của giọt:
0
0,53 0,19
1,86( / )
1 0,337 1 0,337
d c
T
cm s
ω ω
ω
= + = + =
Φ −Φ −
Hệ số Reynolds:( II.88-trang 408 -[3])
2 3
0
3
. .

997.1,86.10 .2,03.10
42
0,894.10
c T
e
c
d
R
µ
ρ ω
− −
−
= = =

Đồ án môn học Trang 19
Trường ĐH Bà Rịa –Vũng Tàu GVHD: PGS.TS Nuyễn Văn Thông
Chuẩn số pran:
.
r
µ
P
ρ γ
=

γ
c
–Hệ số khuếch tán của dung dịch loãng như phenol trong nước .
3 0,5
0,6
7,4.10 .( . ) .

.
c
c
M T
µ
ϕ
γ
υ
−
=
M - khối lượng phân tử của dung môi nước 18,02.
T - Nhiệt độ 298
0
K.

υ

- Thể tích mol của chất khuếch tán đối với nước là 103 (cm/s).

:
ϕ

yếu tố phân ly của dung môi đối với nước là 2,6.benzene la 1.
12 0,5
9
0,6
7,4.10 .(2,6.18,02) .298
1,05.10
0,894.103
c

γ
−
−
= =
3
9
0,894.10
Pr 854
997.1,05.10
c
−
−
= =
Tương tự ta tính hệ số khuếch tán của benzene là:
9
2,01.10
d
γ
−
=
Pr 341
d
=
Hệ số cấp chất T: (VIII.2-trang138-[1])
T=7,85 <70
Đồ án môn học Trang 20
Trường ĐH Bà Rịa –Vũng Tàu GVHD: PGS.TS Nuyễn Văn Thông
Cho nên giọt sẽ không bị giao động và tổng R
e
lớn hơn 1 rất nhiều vậy ta sử

dụng phương trình (VIII.26) và (VIII.27) khi xác định kích thước giọt. Ta thừa
nhận N=20.Vì vậy chiều cao của tháp trích ly là.
H=N.h = 20.0,333=6,66 m
0,5 0,5 0,5 0,5
c c
Nu 0,6.Re .Pr 0,6.42 .850 113= = =
9
5
3
1,05.10
. 113. 5,845.10 /
2,03.10
c
x c c
Nu m s
d
γ
β β
−
−
−
= = = =

β
:
Hệ số khối lượng chuyển nhượng.
2
. 0,337.6,66
423( )
0,53.10

d
H
s
τ
ω
−
Φ
= = =
9
2 3 2
4. .
4.2,01.10 .423
0,826
(2,03.10 )
d
d
Fo
d
γ τ
−
−
= = =
Chu n s veberẩ ố
2
2 2 3
0
. .
997.(1,86.10 ) .2,03.10
W 0,0205
0,0341

c T
d
e
ρ ω
σ
− −
= = =
0,34 0,125 0,37 0,34 0,125 0,37
31,4. .Pr .W 31,4.0,826 .341 .0,0205 3,8
d d d
Nu Fo e
− − − −
= = =
9
6
3
2,01.10
3,8. 3,763.10 /
2,03.10
d
y d d
Nu m s
d
γ
β β
−
−
−
= = = =
Xác định hệ số truyền khối.

Tương ứng với chế độ kéo lý tưởng.
Đồ án môn học Trang 21
Trường ĐH Bà Rịa –Vũng Tàu GVHD: PGS.TS Nuyễn Văn Thông
1
1
5 6
1 1 1 1
5,845.10 2,22.3,763.10
x
x y
K
m
β β
−
−
− −
 
 
= + = +
 
 ÷
 
 
 

6
7,309.10 /m s
−
=
2

ox
6
0,19.10
0,26
7,309.10 .996
x
x
H m
K a
ω
−
−
= = =
Số đơn vị chuyền khối. (III.37)-[1]
0
ox
0
/
ln
( / ) 1
y x xd yc
y x xc yd
mV V mC m C
n
mV V mC m C
+ −
=
− + −
Ta có:m
0

=0; mV
y
/V
x
=2,22. 2,7=6,01
ox
6,01 2,22.0,3 0,127
ln 5,5
6,01 1 2,22.0,01 0,02
n
−
= =
− −
Như vậy trong chế độ kéo lý tưởng cho cả hai pha thì chiều cao cho cả hai
pha thì chiều cao vùng làm việc của tháp
ox ox
. 5,5.0,26 1,43H n H m= = =
.Để
xác định chiều cao làm việc của tháp có sử khuấy trộn theo chiều dọc ta tính
theo phương pháp gần đúng, chiều cao giả định tính theo phương trình (III.39)
và (III.40).Đầu tiên ta xác định chuẩn số pecle
Chuẩn số Pe
2
3
0,53.10 .6,66
11,9
2,965.10
y
dy
y

H
Pe
E
ω
−
−
= = =
2
4
.
0,19.10 .6,66
15,985
7,916.10
x
dx
x
H
Pe
E
ω
−
−
= = =
Trong tính toán gần đúng hệ số f
y
và f
x
và ta bỏ qua trong phương trình
III.40 của thừa số thứ hai bên phải.
Đồ án môn học Trang 22

Trường ĐH Bà Rịa –Vũng Tàu GVHD: PGS.TS Nuyễn Văn Thông
( )
1
2
11,9
1 exp(
1
1 1 1,19
11,9
dy
y
dy
Pe
e
f
Pe
−
−
−
 
− −
 
−
 
≈ − = − =
   
 
 
 
( )

1
2
15,985
1 exp(
1
1 1 1
15,985
nx
x
nx
Pe
e
f
Pe
−
−
−
 
− −
 
−
= − = − =
   
 
 
Ta th a nh n fy = fx=1ừ ậ
Ta tìm được giá trị chiều cao gần đúng III.39.
'
ox ox
y y

x
x x y y y
E E
V
H H
f mV f
ω ω
  
= + +
 ÷ ÷
 ÷ ÷
  
( )
4 3
2 2
7,916.10 2,965.10
0,26 0,166 0,77
0,19.10 .1 0,53.10 .1
m
− −
− −
 
= + + =
 ÷
 
Giá trị H’
ox
thì ta có chiều cao
'
ox ox

0,77.5,5 4,235H H n m= = =

Để tính giá trị H và H’
ox
chính xác hơn ta ta dùng hệ số Pe.
2
3
0,53.10 .4,235
7,6
2,965.10
dy
Pe
−
−
= =
2
4
0,19.10 .4,235
11,24
7,16.10
dx
Pe
−
−
= =
1
'
ox
1
1 1

dy
Pe
y
x
y
dy y y
E
V
e
f
Pe mV H
ω
−
−
   
−
 
= − − −
 ÷
 
 ÷
 
   

( )
1
7,6 3
2
1 2,965.10
1 1 0,166 . 0,5

7,6 0,53.10 .0,77
e
−
− −
−
 
−
= − − − =
 
 
Đồ án môn học Trang 23
Trường ĐH Bà Rịa –Vũng Tàu GVHD: PGS.TS Nuyễn Văn Thông
1
'
ox
1
1 1
dx
Pe
x x
x
dx y x
V E
e
f
Pe mV H
ω
−
−
 

 
−
= − + −
 ÷
 
 ÷
 
 
=
( )
1
11,24 4
2
1 7,916.10
1 1 0,166 1,55
11,24 0,19.10 .0,77
e
−
− −
−
 
−
− + − =
 
 
Ta th a nh n fx = 1 v fy = 0,5ừ ậ à

( )
4 3
'

ox
2 2
7,916.10 2,965.10
0,26 0,166 0,86
0,19.10 .1 0,53.10 .0,5
H m
− −
− −
= + + =
Ở chiều cao H’
ox
chiều cao của vùng làm việc là:
'
ox
. 0,86.5,5 4,73
ox
H H n m= = =
Tiếp tục tính Hox và H lặp lại vài lần cho tới khi giá trị đại lượng của hai lần kế
tiếp gần như bằng nhau ta chọn H’ox=1,4(m)và H=4,73(m) . Ta có khoảng cách
giữa các đĩa là 0,333m. Cột có chiều cao như vậy thì số đĩa là N=
4,73/0,333=14,2. Ta thừa nhận nó bằng 14 đĩa do đó vùng làm việc bằng 14.
0,333=4,66(m) ta chọn =5m. Khi ta xác định kích thước giọt với Nban đầu=20 ở
phương trình VIII.20 - [1] nếu ta đặt N=14 thì kích thước giọt trung bình bằng
2,2 mm nó sẽ khác 7,7%. So với giá trị khi N= 20 sự sai khác như vậy nằm
trong phương tình (VIII.20). Tính toán kích thước giọt và các thông số chuyển
động khác của tháp trích ly là không cần thiết thực tế nó biến đổi hệ số cấp khối
trong pha tùy theo chiều cao của cột.
Đồ án môn học Trang 24
Trường ĐH Bà Rịa –Vũng Tàu GVHD: PGS.TS Nuyễn Văn Thông
II.11.Tiêu hao lăng lượng cho khuấy trộn đối với đĩa quay.

Chỉ số công suất ứng vớ chuẩn số Reynolds .Trong trường hợp này chuẩn số
Reynolds được tính.
2
2
3
. .
997.0,3.0,667
148843,7
0,894.10
c p
eM
c
n D
R
ρ
µ
−
≅ = =
Với n: tần số quay của roto
ReM= 148843,7 > 105. Thì ta có Kn=0,03 [1]
Mật độ trung bình của môi trường khuấy trộn là:
3
(1 ). 0,337.874 (1 0.337).997 955( / )
d
c
kg m
ρ
ρ ρ
= Φ + − Φ = + − =
Do đó tiêu hao năng lượng cho khuấy trộn bởi một đĩa là:

3 2 3 5
1
. . . 0,03.955.0,3 .0,667 0,1(W)
n p
N K n D
ρ
= = =
Như vậy tiêu hao năng lượng cho tất cả các đĩa là 0,1.14=1,43(w).
II.12.Kích thước vùng lắng.
Ta thừa nhận sự chuyển động của pha liên tục trong vùng lắng là đồng nhất
và bằng tốc độ biểu kiến. Khi đó đường kính vùng lắng là:
3
2 2
0
2
4.
4.1,5278.10
1 1,4( )
. 3,14.0,19.10
c
T
c
V
D D m
π ω
−
−
= + = + =
Quy chuẩn D
0T

=1,4m
II.13.Chiều cao vùng lắng.
Đồ án môn học Trang 25