Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục hỗn hợp axit axetic nước

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN
MỤC LỤC
Lời mở đầu
6
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU
7
I. Lý thuyết về chưng cất
7
1. Khái niệm
7
2. Các phương pháp chưng cất
8
3. Thiết bị chưng cất
8
II. Giới thiệu sơ bộ về nguyên liệu
10
4. Axit axetic
10
5. Axeton
11
CHƯƠNG3: Quy trình công nghệ 13
Thuyết minh quy trình công nghệ
13
CHƯƠNG III: Cân bằng vật chất
A- Cân Bằng vật chất năng lượng
14
A – Xác định các thông số
14
B- Cân bằng nhiệt lượng
20
CHƯƠNG IV:TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA THÁP

A.Khối lượng riêng trung bình của pha hơi
22
B.Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng
23
C.Vận tốc hơi trung bình trong toàn tháp:
24
D. Lưu lượng hơi qua tháp
25
E. Lượng hơi vào phần chưng
25
SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 1
Trần Hoàng Minh
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN
F. Lưu lượng hơi trung bình trong toàn tháp
26
G. Đường kính tháp
26
H. Xác định số đĩa thực và chiều cao tháp
27
CHƯƠNG VI. TÍNH CHÓP VÀ TRỞ LỰC CỦA THÁP
28
VII. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ
38
A. Tính bề dày thân thiết bị
38
B. Tính bề dày nắp
39
C. Tính bích cho thiết bị
39
D. Tính các đường ống dẫn

42
E. Tính tai đỡ, chân treo
43
M. Kiểm tra khả năng cứng cho lỗ
44
VIII. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT
45
1. Tính thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh
45
2. Tính thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh
49
IX. Tính cách nhiệt
59
KẾT LUẬN
63
TÀI LIỆU THAM KHẢO
64
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA HÓA HỌC &CNTP Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN
(Quá trình và thiết bị trong CNHH và thực phẩm)
SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 2
Trần Hoàng Minh
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN
1 . Họ và tên sinh viên: 1.Nguyễn Xuân Minh MSSV:0952010103
2.Trần Hoàng Minh MSSV:0952010104
2 . Lớp : DH09H2
3 . Ngành : Hóa dầu
4 . Đầu đề ( nhiệm vụ thiết kế):
Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục hỗn hợp axit axetic- nước

5 . Dữ kiện ban đầu :
Biết năng suất nhập liệu 3000 kg/h, có nồng độ x
F
=0,32, sản phẩm đỉnh
có nồng độ 0,96, sản phẩm đáy có nồng độ 0,5
6 . Nội dung tính toán:
6.1 . Thiết bị chính.
6.2 . Thiết bị phụ.
6.3 . Tính toán cơ khí thiết bị chính.
7 . Nội dung thuyết minh.
7.1 . Lời nói đầu.
7.2 . Giới thiệu về axit axetic, ý nghĩa kinh tế, kỹ thuật của đồ án.
7.3 . Dây chuyền công nghệ quá trình sản xuất.
7.4 . Nội dung tính toán.
7.5 . Kết luận chung.
7.6. Tài liệu tham khảo.
7.7 . Mục lục.
8. Bản vẽ hoàn chỉnh.
8.3 .Dây chuyền công nghệ quá trình sản xuất.
8.4 .Thiết bị chính và chi tiết cơ khí.
9. Ngày giao nhiệm vụ…………………………………….
Ngày hoàn thành nhiệm vụ……………………………
10. Giảng viên hướng dẫn : TH.S Nguyễn Văn Toàn.
Nhóm SVTH: Xác nhận của giảng viên hướng dẫn sinh
SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 3
Trần Hoàng Minh
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN
1 . Nguyễn Xuân Minh viên đã hoàn thành nhiệm vụ được giao
2 . Trần Hoàng Minh đầy đủ.
Xác nhận của trưởng khoa cho phép Điểm: số:…….;Chữ:…….

bảo vệ
Thành phần hội đồng bảo vệ:
Vũng tàu, ngày……tháng…….năm……
SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 4
Trần Hoàng Minh
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN
LỜI CẢM ƠN
Qua gần 10 tuần thực hiện đồ án với sự nổ lực của cả nhóm, chúng tôi đã
nhận được sự giúp đỡ quý báu của quý thầy cô và bạn bè. Nhân đây, chúng
tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo Nguyễn Văn
Toàn, người mà trực tiếp hướng dẫn chúng tôi thực hiện đồ án này.
Chúng tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến quý thầy cô giáo đã giảng
dạy truyền thụ những kiến thức quý báu để chúng tôi có thể thực hiện tốt đồ
án.
Vì thời gian có hạn, kiến thức chuyên môn còn nhiều hạn chế nên trong
quá trình viết bài báo cáo không tránh khỏi sai sót, rất mong sự đóng góp ý
kiến của quý thầy cô để chúng tôi củng cố lại kiến thức và bài báo cáo được
hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn.
SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 5
Trần Hoàng Minh
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN
SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 6
Trần Hoàng Minh
LỜI MỞ ĐẦU
Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển và cùng với nó là nhu
cầu ngày càng cao về độ tinh khiết của các sản phẩm. Vì thế, các
phương pháp nâng cao độ tinh khiết luôn luôn được cải tiến và đổi
mới để ngày càng hoàn thiện hơn, như là: cô đặc, hấp thụ, chưng
cất, trích ly,… Tùy theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự
lựa chọn phương pháp phù hợp. Đối với hệ Axeton – Axit axetic là

2 cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta phải dùng phương pháp chưng cất để
nâng cao độ tinh khiết.
Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị là một môn học mang tính
tổng hợp trong quá trình học tập của các kỹ sư Công nghệ Hóa học
tương lai. Môn học giúp sinh viên giải quyết nhiệm vụ tính toán cụ
thể về: quy trình công nghệ, kết cấu, giá thành của một thiết bị trong
sản xuất hóa chất - thực phẩm. Đây là bước đầu tiên để sinh viên
vận dụng những kiến thức đã học của nhiều môn học vào giải quyết
những vấn đề kỹ thuật thực tế một cách tổng hợp.
Nhiệm vụ của Đồ án này là thiết kế hệ thống chưng cất Axeton –
Axit axetic có thành phần F= 3000kg/h, nồng độ nhập liệu là
32%mol axit, nồng độ sản phẩm đỉnh là 96% mol axit, độ thu hồi
axit acetic là 5%.
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN
Chương 1

GIỚI THIỆU
I. LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT :
1. Khái niệm:
 Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của một hỗn hợp lỏng
cũng như hỗn hợp khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi
khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp (nghĩa là khi ở cùng một nhiệt độ, áp
suất hơi bão hòa của các cấu tử khác nhau).
 Thay vì đưa vào trong hỗn hợp một pha mới để tạo nên sự tiếp xúc
giữa hai pha như trong quá trình hấp thu hoặc nhả khí, trong quá trình chưng
cất pha mới được tạo nên bằng sự bốc hơi hoặc ngưng tụ.
 Trong trường hợp đơn giản nhất, chưng cất và cô đặc không khác gì
nhau, tuy nhiên giữa hai quá trình này có một ranh giới cơ bản là trong quá
trình chưng cất dung môi và chất tan đều bay hơi (nghĩa là các cấu tử đều hiện
diện trong cả hai pha nhưng với tỷ lệ khác nhau), còn trong quá trình cô đặc

thì chỉ có dung môi bay hơi còn chất tan không bay hơi.
 Khi chưng cất ta thu được nhiều cấu tử và thường thì bao nhiêu cấu
tử sẽ thu được bấy nhiêu sản phẩm. Nếu xét hệ đơn giản chỉ có 2 cấu tử thì ta
thu được 2 sản phẩm:
 Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất ít
các cấu tử có độ bay hơi lớn.
 Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần rất ít
cấu tử có độ bay hơi bé.
Đối với hệ Axeton – Axit axetic thì:
 Sản phẩm đỉnh chủ yếu là axeton.
 Sản phẩm đáy chủ yếu là axit axetic.
SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 7
Trần Hoàng Minh
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN
2. Các phương pháp chưng cất:
2.1.Phân loại theo áp suất làm việc:
- Áp suất thấp
- Áp suất thường
- Áp suất cao
2.2.Phân loại theo nguyên lý làm việc:
- Chưng cất đơn giản
- Chưng bằng hơi nước trực tiếp
- Chưng cất
2.3.Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp:
- Cấp nhiệt trực tiếp
- Cấp nhiệt gián tiếp
Vậy: đối với hệ Axeton – Axit axetic, ta chọn phương pháp chưng cất
liên tục cấp nhiệt gián tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường.
3.Thiết bị chưng cất:
Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để tiến hành

chưng cất. Tuy nhiên yêu cầu cơ bản chung của các thiết bị vẫn giống nhau
nghĩa là diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều này phụ thuộc vào mức
độ phân tán của một lưu chất này vào lưu chất kia. Nếu pha khí phân tán vào
pha lỏng ta có các loại tháp mâm, nếu pha lỏng phân tán vào pha khí ta có
tháp chêm, tháp phun,… Ở đây ta khảo sát 2 loại thường dùng là tháp mâm và
tháp chêm.

Tháp mâm: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các mâm
có cấu tạo khác nhau, trên đó pha lỏng và pha hơi được cho tiếp xúc với nhau.
Tùy theo cấu tạo của đĩa, ta có:
- Tháp mâm chóp : trên mâm bố trí có chóp dạng tròn, xupap, chữ
s…
- Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh
SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 8
Trần Hoàng Minh
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN

Tháp chêm (tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với nhau bằng
mặt bích hay hàn. Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phương
pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự.
So sánh ưu nhược điểm của các loại tháp:
Tháp đệm Tháp mâm xuyên lỗ Tháp mâm
chóp
Ưu
điểm
- Cấu tạo khá đơn giản.
- Trở lực thấp.
- Làm việc được với chất lỏng
bẩn nếu dùng đệm cầu có ρ ≈
ρ của chất lỏng.

- Trở lực tương đối
thấp.
- Hiệu suất khá cao.
- Khá ổn định.
- Hiệu suất cao.
Nhược
điểm
- Do có hiệu ứng thành →
hiệu suất truyền khối thấp.
- Độ ổn định không cao, khó
vận hành.
- Do có hiệu ứng thành → khi
tăng năng suất thì hiệu ứng
thành tăng → khó tăng năng
suất.
- Thiết bị khá nặng nề.
- Không làm việc
được với chất lỏng
bẩn.
- Kết cấu khá phức
tạp.
- Có trở lực lớn.
- Tiêu tốn nhiều
vật tư, kết cấu
phức tạp.
Vậy: ta sử dụng tháp mâm xuyên chóp để chưng cất hệ Axeton – Axit
axetic.
II. GIỚI THIỆU SƠ BỘ VỀ NGUYÊN LIỆU :
SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 9
Trần Hoàng Minh

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN
1. Axit axetic:
1.1.Tính chất:

Là 1 chất lỏng không màu, có mùi sốc đặc trưng, trọng lượng riêng
1,0497 (ở 20
o
C)

Khi hạ nhiệt độ xuống 1 ít đã đông đặc thành 1 khối tinh thể có

T
o
nc
= 16,635 – 0,002
o
, T
o
sôi = 118
o
C

Tan trong nước, rượu và ete theo bất kỳ tỷ lệ nào

Là 1 axit yếu, hằng số phân ly nhiệt động của nó ở 25
o
C là

K = 1,75.10
5

−
Tính ăn mòn kim loại:
 Axit axetic ăn mòn sắt.
 Nhôm bị ăn mòn bởi axit loãng, nó đề kháng tốt đối với axit axetic đặc
và thuần khiết. Đồng và chì bị ăn mòn bởi axit axetic với sự hiện diện
của không khí.
 Thiếc và một số loại thép nikel – crom đề kháng tốt đối với axit axetic.
1.2.Điều chế:
Axit axetic được điều chế bằng cách:
1) Oxy hóa có xúc tác đối với cồn etylic để biến thành andehit axetic, là một
giai đoạn trung gian. Sự oxy hóa kéo dài sẽ tiếp tục oxy hóa andehit axetic
thành axit axetic.
CH
3
CHO + ½ O
2
= CH
3
COOH
C
2
H
5
OH + O
2
= CH
3
COOH + H
2
O

2) Oxy hóa andehit axetic được tạo thành bằng cách tổng hợp từ acetylen.
Sự oxy hóa andehit được tiến hành bằng khí trời với sự hiện diện của
coban axetat. Người ta thao tác trong andehit axetic ở nhiệt độ gần 80
o
C để
ngăn chặn sự hình thành peroxit. Hiệu suất đạt 95 – 98% so với lý thuyết.
Người ta đạt được như thế rất dễ dàng sau khi chế axit axetic kết tinh được.
CH
3
CHO + ½ O
2

 →
C80ôûaxetatCoban
o
CH
3
COOH
SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 10
Trần Hoàng Minh
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN
3) Tổng hợp đi từ cồn metylic và Cacbon oxit.
Hiệu suất có thể đạt 50 – 60% so với lý thuyết bằng cách cố định cacbon
oxit trên cồn metylic qua xúc tác.
Nhiệt độ từ 200 – 500
o
C, áp suất 100 – 200atm:
CH
3
OH + CO → CH

3
COOH
với sự hiện diện của metaphotphit hoặc photpho – vonframat kim loại 2 và 3
hóa trị (chẳng hạn sắt, coban).
1.3.Ứng dụng:
Axit axetic là một axit quan trọng nhất trong các loại axit hữu cơ. Axit
axetic tìm được rất nhiều ứng dụng vì nó là loại axit hữu cơ rẻ tiền nhất. Nó
được dùng để chế tạo rất nhiều hợp chất và ester. Nguồn tiêu thụ chủ yếu của
axit axetic là:
 Làm dấm ăn (dấm ăn chứa 4,5% axit axetic).
 Làm đông đặc nhựa mủ cao su.
 Làm chất dẻo tơ sợi xenluloza axetat – làm phim ảnh không nhạy lửa.
 Làm chất nhựa kết dính polyvinyl axetat.
 Làm các phẩm màu, dược phẩm, nước hoa tổng hợp.
 Axetat nhôm dùng làm chất cắn màu (mordant trong nghề nhuộm)
 Phần lớn các ester axetat đều là các dung môi, thí dụ: izoamyl axetat
hòa tan được nhiều loại nhựa xenluloza.
SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 11
Trần Hoàng Minh
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN
2- Axeton:
2.1-Tính chất:
Có tính chất hoá học điển hình của các xeton; khó bị oxi hoá, dễ bị khử.
Là Chất lỏng không màu, t
nc
= –95,3
o
C; t
s
= 56,2

o
C; khối lượng riêng
0,7908 g/cm
3
; chiết suất với tia D ở 20
o
C: 1,358.
Có tính chất hoá học điển hình của các xeton; khó bị oxi hoá, dễ bị khử.
2.2- Điều chế:
Điều chế bằng cách hiđrat hoá propilen rồi oxi hoá hoặc đehiđro hoá
ancol isopropylic tạo thành; lên men tinh bột nhờ các vi khuẩn đặc biệt,
vv.
2.3- Ứng dụng
Phần lớn được dùng làm dung môi nhất là trong công nghiệp sản xuất
nhựa, vecni, chất dẻo. Aceton làm dung môi tốt đối với các nitro
xeluloza, acetyl
Xenluloza. Nó ít độc nên được dùng làm dung môi cả trong công nghiệ
p dượcphẩmvà thực phẩm. Aceton còn được dùng làm nguyên liệu để
tổng hợp một số lớn cáchợp chất xeten, izopren, oxit mezytyl, rượu
diacetomic…
Dùng làm dung môi cho nitroxenlulozơ, axetyl xenlulozơ. Vì A ít độc
nên còn được dùng làm dung môi trong công nghiệp thực phẩm và
dược phẩm. Là nguyên liệu để tổng hợp nhiều chất hữu cơ khác nhau.
SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 12
Trần Hoàng Minh
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN
III. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ:
Hỗn hợp axeton – acid axetic tại bình chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm
lên qua thiết bị đo lưu lượng kế và được đưa lên thiết bị gia nhiệt (7)(TĐN
với sản phẩm đáy). Ở đây nguyên liệu được gia nhiệt và sau đó được đưa vào

tháp chưng cất(6) ở đĩa nhập liệu.
Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lowng từ đoạn cất của tháp
chảy xuống. Trong tháp, hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng đi từ trên xuống, Ở
đây có sự tiếp xúc và trao đổi pha với nhau. Pha lỏng chuyển động trong phần
chưng càng xuống dưới cang giảm nồng độ các cấu tử dễ bay hơi vì đã bị pha
hơi tạo nên từ thiết bị gia nhiệt (7) lôi cuốn cấu tử dễ bay hơi. Nhiệt độ càng
lên trên càng thấp,nên khi hơi đi qua các đĩa từ dưới lên thì cấu tử có nhiệt độ
sôi cao là axit acetic sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn
hợp có cấu tử axeton chiếm nhiều nhất . Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ (7)
và được ngưng tụ một phần (chỉ ngưng tụ hồi lưu). Một phần chất lỏng được
đưa qua bồn chứa sản phẩm đỉnh(9). Phần còn lại của chất lỏng ngưng được
bơm chất lỏng bơm hồi lưu về tháp (qua thiết bị lưu lượng kế) ở đĩa 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 thu được hỗn hợp lỏng gồm hầu hết các cấu tử khó bay hơi
(axit axetic). Hỗn hợp đáy có axeton và một phần axeton. Dung dịch lỏng ở
đáy đi ra khỏi tháp, 1 phần được đun, bốc hơi ở thiết bị đun sôi đáy tháp(10)
cung cấp lại cho tháp để làm việc,phần còn lại được bơm bơm vào thiết bị làm
nguội sản phẩm đáy và được đưa vào bể chứa sản phẩm (12). Hệ thống làm
việc liên tục cho sản phẩm đỉnh là axeton, sản phẩm đáy là axit axetic.
SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 13
Trần Hoàng Minh
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN
IV.CÂN BĂNG VẬT CHẤT NĂNG LƯỢNG
A-Cân bằng vật chất:
a-Xác định các thông số:
ký hiệu:
X
f
, X

D ,
X
W
:phân mol axetol trong nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy
F,D,W:suất lượng mol của dòng nhập liệu ,sản phẩm đỉnh, sản phẩm
đáy(kmol’h)
M
A
, M
B
:lần lượt là phân tử lượng của axeton và Axit acetic (kg/kmol)
- Phân tử lượng trung bình của các dòng:
MF

=xF.MA

+

(1-xF).MB

=

0,32.58

+

(1-0.3).60

=

59,36

(kg/kmol)
MD

=xD.MA

+

(1-

xD).MB

=

0,96.58

+

(1-0,96).60

=

58,08

(kg/kmol)
MW

=xW.MA

+

(1-

xW).MB

=

0,005.

58

+

(1-0,005).60

=59,99

(kg/kmol)
- Suất lượng dòng nhập liệu
Cân bằng vật chất cho toàn tháp ta có hệ sau:
0,32 0,005
50,539 16,67( / )
0,96 0,005
F
D
x xw
D F kmol h
x xw
− −

= = =
− −
W = F – D = 50,539-16,67 = 33,869 (kmol/h)
Tính chỉ số hồi lưu thích hợp:
Sử dụng công thức thực nghiệm:
R = 1,3. R
min
+0,3 (CT IX-25b tr149-STT2)
Với R
min
D
F
x xf
y xf
−
=
−
(CT IX – 24 Tr 149 STT2)
Với y
f
* là phân mol aceton trong pha hơi cân bằng với x
F
. Từ số liệu
bảng tra IX-2a tr135-STT2, thành phần lỏng – hơi cân bằng ta có:
X
F
= 0,32 thì y
f
* =0,711.
Do đó R

min
0,96 0,711
0,635
0,711 0,32
−
= =
−
Vậy R = 1,3. R
min
+0,3=1,3.0,635 + 0,3 = 1,126
Tỉ số hoàn lưu làm việc:
SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 14
Trần Hoàng Minh
3000
3,032( / )
59,36
F
F
f kmol h
M
= = =
F +D =W
F.X
f
= D.X
D
+ W.X
W
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN
R=1,24

Y
ch
= 1,956x + 0,048
Y
l
= 0,530x + 0,452
N
tt
=28
SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 15
Trần Hoàng Minh
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN
R=1,35
Y
ch
= 1,972x + 0,042
Y
l
= 0,61x + 0,421
N
tt
=26
SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 16
Trần Hoàng Minh
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN
R=1,46
Y
ch
= 1,996x + 0,037
Y

l
= 0,673x + 0,391
N
tt
=24
SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 17
Trần Hoàng Minh
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN
R=1,52
Y
ch
= 2,102x + 0,033
Y
l
= 0,698x + 0,372
N
tt
=22
SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 18
Trần Hoàng Minh
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN
R=1,63
Y
ch
= 2,218x + 0,026
Y
l
= 0,742x + 0,342
N
tt

=21
Từ số liệu trên ta thống kê được bảng số liệu:
SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 19
Trần Hoàng Minh
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN
b 1,1 1,2 1,3 1,35 1,4 1.45
R 1.24 1.35 1.46 1.52 1.58 1.63
B 0,43 0,41 0,39 0.38 0,372 0,365
N 28 26 24 22 22 21
N(R+1) 62.72 61.1 59.04 55.44 56.76 55.23
Y
l
1,956x +
0,048
1,972x +
0,042
1,996x +
0,037
2,102x +
0,033
2,186x +
0,030
2,218x +
0,026
Y
c
0,530x +
0,452
0,61x +
0,421

0,673x +
0,391
0,698x +
0,372
0,721x +
0,358
0,742x +
0,342
b- Xác định số mâm lý thuyết:
Việc xác định số mâm lý thuyết được tiến hành trên đồ thị y-x
- Phương trình đường làm việc của phần cất
1 1,126 0,96
0,53 0,452
1 1 2,126 2,126
R
y x xD x x
R R
= − = + = +
+ +
- Phương trình đường làm việc của phần chưng
048,0956,1005,0
126,2
1032,3
126,2
032,3126,1
1
1
1
−=
−

+
+
=
+
−
−
+
+
= xxxw
R
f
x
R
fR
y
với
0,96 0,005
3,032
0,32 0,005
D
F
x xw
f
x xw
− −
= = =
− −
Dựng đường làm việc của tháp bao gồm đường làm việc của phần cất và
phần chưng. Trên đồ thị y – x ta lần lượt vẽ các đường bậc thang từ đó xác
định được số mâm lý thuyết là 12 mâm.

B- CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
a). Nhiệt trao đổi ở thiết bị ngưng tụ:
Q
D
= (R+1)D.rd (CT 6.15/TR 256- T10)
•
Với
rD
=
xD
.M
A
.r
A
+ (1 – xd)M
B.Rb
•
Tại
XD
= 0,96 tra bảng IX – 2a trang 135 STT2 ta có T
D
= 65,5
0
C. Tại
nhiệt độ này ta có:
rA
= 525,363 (kj/kg) và
rB
= 373,023 (kj/kg) (bảng 45 tr.431
T10)

rD
= 0,96 x 552,146 x 58 + 0,032 x 373,023 x 60 = 28489,924 (kj/kmol)
SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 20
Trần Hoàng Minh
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN
Do đó Q
D
= 2,126. 16,67.28489,924 = 280,47 (kw)
b). Nhiệt trao đổi ở thiết bị gia nhiệt cho nhập liệu từ nhiệt độ 30
0
C
đến nhiệt độ sôi:
Q
F
= C
F
.F(T
F
– 30)
•
Tại
XF
= 0,3 tra bảng IX – 2a trang 135 STT2 ta có T
F
= 100,44
0
C
•
Nhiệt dung riêng của nhập liệu tra ở nhiệt độ trung bình
CT

0
22,65
2
044,100
=
+
=
tại nhiệt độ này ta có C
A
= 2,326 (kj/kg độ), C
B
=
2,245(kj/kg độ) (Bảng I.153 TR171-STT1).
Ta có C
F
=
XF
C
A
M
A
+ (1-
XF
)C
B
M
B
= 0,32.2,326.58 + (1-0,32).2,245.60 =
134.685 (kj/kmol độ)
Do đó Q

F
= 134,685.50,539 (100,44 – 30) = 133,19 (kw)
Nếu coi tổn thất trên đường nhập liệu bằng 5% thì Q
F
= 1,05.133,19 =
139,85 (kw)
c). Nhiệt làm nguội sản phẩm đay từ nhiệt độ sôi là 117,3
0
C xuống
30
0
C:
Q
W
= WC
W
(T
W
-30)
Nhiệt dung riêng được xác định ở nhiệt độ trung bình
CT
0
65,73
2
303,117
=
+
=
.
Tại nhiệt độ này tra bảng I.153 TR171-STT1 ta có: C

A
= 2,349(kj/kgđộ), C
B
=
2,281(kj/kgđộ).
Nên C
W
=
XW
M
A
C
A
+ (1-
XW
)M
B
C
B
= 0,005.58.2,349 + (1-0,005).60.2,281
= 136,857(kj/kgđộ)
Do đó Q
W
= 33,869.136,857.(117,3 – 30) = 112,4(kw)
d). Nhiệt làm nguội sản phẩm đỉnh từ 56,96
0
C xuống 30
0
C:
Q

sp
= C
D
.D(T
D
-30)
SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 21
Trần Hoàng Minh
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN
Nhiệt dung riêng cũng được xác định ở nhiệt độ trung bình
CT
0
48,43
2
3096,56
=
+
=
Tại nhiệt độ này ta có: C
A
= 2,251 (kj/kgđộ), C
B
= 2,119 (kj/kgđộ)
Tương tự ta tính được C
D
= 130,455 (kj/kmolđộ)
Do đó Q
sp
= 130,455.15,439.(56,96-30) = 15,083(kw)
e). Nhiệt lượng cung cấp cho đáy tháp:

Từ cân bằng nhiệt lượng ta có
Q
đ
= DC
D
T
D
+ WC
W
T
W
+ Q
D
- FC
F
T
F
= 15,439.130,455.56,96 +
33,869.136,857.117,3 + 2,126.16,67. 28489,924 – 50,539.134,685.100,44 =
275,999 (kw)
Tuy nhiên nếu coi tổn thất nhiệt chiếm khoảng 10% nhiệt lượng ta có Q
đ
= 1,1.275,999 = 303,599 (kw)
V/. TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA THÁP
a). Khối lượng riêng trung bình của pha hơi
Phần cất: gọi x
pcất
là nồng độ phần mol trung bình của cấu từ A(benzen)
trong pha lỏng của phần cất
Ta có: x

pcất
=
64,0
2
32,096,0
2
=
+
=
+
FD
xx
(phân mol)
Từ đường làm việc của phần cất ta có nồng độ của pha hơi tương ứng là
y
pcất
= 0,53 x
pcất
+ 0,452 = 0,53 x 0,64 + 0,452 = 0,791 (phân mol)
Phần chưng: gọi x
pchưng
là nồng độ phần mol trung bình của cấu từ A
trong pha lỏng của phần chưng.
Ta có: x
pchưng
=
163,0
2
32,0005,0
2

=
+
=
+
F
xx
(phân mol)
Do đó y
pchưng
= 1,986 x
pchưung
– 0,048 = 1,986 x 0,163 – 0,048 = 0,271
(phân mol)
Tra đồ thị T-xy ta có nhiệt độ của pha hơi tương ứng là
SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 22
Trần Hoàng Minh
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN
Từ y
pcất
= 0,791 (phân mol) T
G(cất)
= 75,05
0
C
Từ y
pchưng
= 0,271 (phân mol) T
G(chưng)
= 100,66
0

C
Khối lượng phân tử trung bình của pha hơi trong phần chưng và phần cắt
là
M
pcất
= y
pcất
M
A
+ (1-y
pcất
)M
B
= 0,791.58 + (1-0,791)60 = 58,418
(kg/kmol)
M
pchưng
= y
pchưng
M
A
+ (1-y
pchưng
)M
B
= 0,271.58 + (1-0,271)60 = 59,458(kg/kmol)
Giả thiết rằng hơi trong tháp là khí lý tưởng, khối lượng riêng trung bình
của pha hơi trong phần chưng và phần cất là:
Phần cất:
)/(046,2

)27305,75(4,22
273.418,58
)273(4,22
273.
3
)(
mkg
T
M
catG
pcat
=
+
=
+
=
G(caát)
ρ
Phần chưng:
)/(939,1
)27366.100(4,22
273.458,59
)273(4,22
273.
3
)(
mkg
T
M
G

p
=
+
=
+
=
chöng
chöng
G(chöng)
ρ
Do đó khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong toàn tháp là:
ρ
G
= (ρ
G(cất)
+ (ρ
G(chưng)
)

/2 = (2,046 + 1,939)/2 = 1,993 (kg/m
3
)
b). Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng
Ở đỉnh: ứng với
XD
= 0,97 tra đồ thị T-xy ta có T
D
= 65,05
0
C. Ở nhiệt độ

này, khối lượng riêng của aceton và axit acetic là: ρ
A
= 749,3(kg/m
3
) và ρ
B
=
807,2(kg/m
3
). Khối lượng riêng của sản phẩm đỉnh là
ρ
L(đỉnh)
=
XD
. ρ
A
+ (1-
XD
) ρ
B
= 0,97.814,2 + (1-0,97)807,2 =
1083,95(kg/m
3
)
Ở đáy: ứng với
XW
= 0,005 tra đồ thị T-xy ta có T
W
= 117,3
0

C. Ở nhiệt độ
này, khối lượng riêng của aceton và acid acetic là: ρ
A
= 668,78(kg/m
3
) và ρ
B
=
926,86(kg/m
3
). Khối lượng riêng của sản phẩm đáy là
SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 23
Trần Hoàng Minh
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN
ρ
L(đáy)
=
XW
. ρ
A
+ (1-
XW
) ρ
B
= 0,005.668,78 + (1-0,005).926,86 =
925,57(kg/m
3
)
Do đó khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong toàn tháp tính gần
đúng là:

ρ
L
= (ρ
L(đỉnh)
+ (ρ
L(đáy)
)/2 = (1083,95 + 925,57)/2 = 1004,76(kg/m
3
)
c). Vận tốc hơi trung bình trong toàn tháp:
Theo sổ tay tập II trang 175 công thức (IX-105) ta có
LGtbyG
k
ρρσϕρ
ω
065,0)( =
Trong đó
ω
y
: vận tốc trung bình của pha hơi (m/s)
ρ
G
, ρ
L
: khối lượng riêng trung binh của pha hơi và pha lỏng (kg/m
3
)
h: khoảng cách giữa các mâm (m). Giá trị h được chọn sao cho để giảm
đến mức thấp nhất lượng lỏng bị hơi cuốn theo.
ϕ[σ] là hệ số có tính đến sức căng bề mặt

Khí σ < 20 (dyn/cm) thì ϕ[σ] = 0,8
σ < 20 (dyn/cm) thì ϕ[σ] = 1
Ở đây ta tra bảng có được σ = 18,99 (dyn/cm) < 20 nên ϕ[σ] = 0,8
Chọn khoảng cách giữa các mâm là h = 0,225 (m)
Do đó
(ρ
G
ω
y
)
tb
= 0,065ϕ[σ]
LG
k
ρρ
(1,958.ω
y
) = 0,065.
0,35.1,958.1004,76
ω
y
= 0,697 (m/s)
d). Lưu lượng hơi qua tháp:
Phương trình cân bằng vật chất cho bao hình ta có:
g
F
= g
y
= L
x

+ D
SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 24
Trần Hoàng Minh
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN
g
tl
= L
x
+ D
Phương trình cân bằng cho hệ cấu tử dễ bay hơi ta có:
g
rl
y
tl
= L
xXF
+ D
XD
(2)
Ở đây coi nhiệt độ trung bình trong toàn tháp là nhiệt độ trung bình của
đỉnh và đáy tháp.
CT
0
13,87
2
3,11796,56
=
+
=
- Lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp:

g
đỉnh
= D + L
o
= D(R+1) = 16,67.(1,126+1) = 35,44(kmol/h)
Cân bằng năng lượng ta có:
g
tl
r
tl
= g
đỉnh
r
đỉnh
(3)
với r
tl
= y
tl
r
A
M
A
+ (1-y
tl
)r
B
M
B
= y

tl
.525,363.58 + (1-y
tl
).423,493.60 =
5061,474y
tl
+ 25049,58 (kj/kmol)
r
đỉnh
=
XD
r
A
M
A
+ (1-
XD
)r
B
M
B
= 0,96.525,363.58 + (1-0,96).423,493.60 =
30268,595(kj/kmol)
Tóm lại ta có hệ phương trình sau:
L
x
= g
tl
– 16,67 (1)
g

tl
y
tl
= L
x
.0,3 + 16,67.0,96 (2)
gtl. (506,47y
tl
+ 25049,58) = 35,44.30268,595 (3)
g
tl
= 37,699 (kmol/h)
y
tl
= 0,603 (mol)
L
x
= 21,029(kmol/h)
e). Lượng hơi vào phần chưng:
Cân bằng vật chất và năng lượng ta có hệ sau:
L
đáy
= g
đáy
+ W
SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 25
Trần Hoàng Minh