Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục tách 2 cấu tử acetone – benzen

Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
Bộ Giáo Dục & Đào Tạo Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam
Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm
  
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Hóa học
Chuyên Ngành : Hóa dầu
1. Tên Đề Tài:
Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục tách 2 cấu tử Acetone – Benzen với
các số liệu sau:
• Năng suất hỗn hợp đầu:
)./(7
3
hmF =
• Nồng độ nhập liệu: (phần khối lượng).
• Nồng độ sản phẩm đỉnh: (Phần khối lượng).
• Nồng độ sản phẩm đáy: (Phần khối lượng).
2. Nhiệm vụ đồ án:
• Cơ sở thiết kế quá trình.
• Xây dựng dây chuyền công nghệ.
• Tính toán cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng.
• Tính toán cơ khí cho thiết bị chính, thiết bị phụ.
3. Các bản vẽ:
 01 Bản vẽ chí tiết thiết bị chính (bản A1/01 bản vẽ tay )
 02 Bản vẽ sơ đồ quy trình công nghệ: 01bản A1, 01 bản A3.
4. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 15/01/2013
5. Ngày bảo vệ và chấm đồ án: 10/05/2013
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TRƯỞNG BỘ MÔN
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn

LỜI CẢM ƠN
Chúng em chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Đại Học Bà Rịa –
Vũng Tàu đã tạo cho chúng em một môi trường học tập thật tốt, trang bị cho chúng
em đầy đủ các thiết bị học tập hiện đại. Đặc biệt, là quý Thầy Cô khoa Hóa – Công
nghệ thực phẩm đã tạo điều kiện tốt nhất và giải quyết mọi vấn đề một cách tận
tình.
Và chúng em xin gửi lời cảm ơn tới thầy Th.S Nguyễn Văn Toàn đã tận
tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức và những kinh nghiệm quý báu để chúng em
có thể làm tốt bài báo cáo này.
Trong thời gian hoàn thành báo cáo này, chúng em đã có nhiều sự cố gắng
nỗ lực. Kính mong sự phê bình và đóng góp ý kiến của quý thầy, cô Trường Đại
Học Bà Rịa – Vũng Tàu để báo cáo của chúng em được hoàn thiện và tốt hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Mục Lục
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
CHƯƠNG I: CƠ SỞ THIẾT KẾ
I.1. Thiết bị chính
Trong công nghiệp hóa học có nhiều phương pháp để phân riêng hỗn hợp hai
hay nhiều cấu tử tan một phần hay hoàn toàn vào nhau như: hấp thụ, hấp phụ, ly
tâm, trích ly, chưng cất… Mỗi phương pháp đều có những đặc thù riêng và những
ưu nhược điểm nhất định. Việc lựa chọn phương pháp và thiết bị cho phù hợp tùy
thuộc vào hỗn hợp ban đầu, yêu cầu sản phẩm và điều kiện kinh tế.
Đối với hỗn hợp Axeton và Benzen là hỗn hợp hai cấu tử tan hoàn toàn vào
nhau theo bất kỳ tỷ lệ nào có nhiệt độ sôi khác biệt nhau thì phương pháp tối ưu để
tách hỗn hợp trên là chưng cất.
Trong sản xuất thường sử dụng 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.

Tháp chưng cất rất phong phú về kích cỡ và ứng dụng, các loại tháp lớn
thường được ứng dụng cho công nghiệp lọc hóa dầu. Kích thước của tháp: đường
kính tháp và chiều cao tháp tùy thuộc suất lượng pha lỏng, pha khí của tháp và độ
tinh khiết của sản phẩm. Ta khảo sát loại tháp chưng cất dùng cho quá trình là tháp
đĩa lưới.
Cấu tạo tháp: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các mâm có
cấu tạo khác nhau để chia thân tháp thành những đoạn bằng nhau, trên mâm pha
lỏng và pha hơi được cho tiếp xúc với nhau. Tùy theo cấu tạo của đĩa, ta có:
Tháp đĩa lưới: trên mâm bố trí các lỗ hay rãnh, có đường kính (3-12)mm.
-Ưu điểm:
 Hiệu suất tương đối cao.
 Hoạt động khá ổn định.
Trang 4
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
-Nhược điểm:
 Trở lực khá cáo
 Yêu cầu lắp đặt khắt khe  lắp đĩa thật phẳng.
 Không làm việc được với chất lỏng bẩn.
Vậy: Chưng cất hệ Axeton-Benzen ta dùng tháp đĩa lỗ hoạt động liên tục ở áp suất
thường, cấp nhiệt gián tiếp ở đáy tháp.
I.2. Thiết bị phụ
Để đạt được hiệu suất sản phẩm là cao nhất và tiết kiệm được công cụ, máy
móc, không lãng phí kinh tế nhóm chúng em chọn những thiết bị tối ưu cho quá
trình chưng cất Axeton và Benzen.
I.2.1. Thiết bị gia nhiệt
Cũng nhằm mục đích tiết kiệm chi phí lắp đặt (gọn gàng, ít tốn kim loại), dễ
dàng vệ sinh, nhưng phải đáp ứng được các thông số làm việc: hệ số truyền nhiệt,
do nguyên liệu khi đưa vào tháp phải được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi, thiết bị chắc
chắn. Thì thiết bị gia nhiệt kiểu ống chùm đáp ứng được các yêu cầu trên với cấu
tạo gồm có vỏ hình trụ, hai đầu lắp lưới ống, các ống truyền nhiệt được lắp chặt vào

lưới ống. Một chất tải nhiệt đi trong các ống truyền nhiệt, còn chất tải nhiệt kia đi
vào khoảng trống giữa ống và vỏ. Hơi bão hoà truyền nhiệt  ngưng tụ chảy
thành màng ra ngoài.
I.2.2. Thiết bị ngưng tụ
Với yêu cầu của thiết bị ngưng tụ là hiệu quả trao đổi nhiệt phải lớn, do sản
phẩm đỉnh sau khi chưng cất có nhiệt độ cao. Bên cạnh đó chúng phải đáp ứng yêu
cầu về kinh tế (gọn gàng, lượng kim loại sử dụng). Nên ta chọn thiết bị ống lồng
ống. Chúng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa học, thiết bị dùng nước để
ngưng tụ, có cấu tạo gồm hai ống lồng vào nhau thường được cuộn lại để tiết kiểm
diện tích. Nước chuyển động ở bên trong, môi chất lạnh chuyển động ngược lại ở
Trang 5
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
phần không gian giữa ống, thường sử dụng là ống đồng. Do môi chất chỉ chuyển
động chỉ chuyển động vào ra một ống duy nhất nên lưu lượng nhỏ, thích hợp để thu
hồi Axeton.
I.2.3. Thiết bị đun sôi đáy tháp
Là thiết bị dùng để cung cấp nhiệt ở đáy tháp nhằm tăng hiệu quả tách cho
quá trình. Nên yêu cầu của thiết bị này là có khả năng cung cấp nhiệt cao. Do đó
nên sử dụng lò hơi ống nước. Vì chúng có khả năng cung cấp một lượng nhiệt cao,
tốt cho quá trình chưng cất Axeton và Benzen, nước được cấp qua các ống vào lò
hơi rồi được đun nóng bằng khí được đốt cháy chuyển nước thành hơi, lò hơi này
được lựa chọn khi nhu cầu sử dụng hơi tối đa cần để cung cấp một lượng nhiệt lớn.
Nhờ sự thông gió cưỡng bức giúp nâng cao hiệu suất cháy tạo hơi.
I.2.4. Bơm ly tâm
Động cơ được thiết kế rất mạnh mẽ với cánh quạt lớn tốt cho việc cung cấp
lưu chất với lượng lớn và thuận tiện cho việc sữa chữa. Công suất 1m
3
khoảng
20phút, giá thành không cao lắm, kết cấu nhỏ gọn làm việc tin cậy thích hợp cho
quá trình chưng cất Axeton và Benzen.

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
Trang 6
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
I. CÂN BẰNG VẬT CHẤT
Gọi:
• F: lưu lượng hỗn hợp đầu, kmol/h; : kg/h
• P: lưu lượng sản phẩm đỉnh, kmol/h; : kg/h
• W: lưu lượng sản phẩm đáy, kmol/h; : kg/h
• : nồng độ hỗn hợp đầu, % khối lượng
• : nồng độ sản phẩm đỉnh, % khối lượng
• : nồng độ sản phẩm đáy, % khối lượng
• : nồng độ hỗn hợp đầu, % mol
• : nồng độ sản phẩm đỉnh, % mol
• : nồng độ sản phẩm đáy, % mol
• : A, M
A
= 58 (đvC)
• Benzen: B, M
B
= 78 (đvC)
I.1. Số liệu ban đầu:
Ta có:
F= 7 (m
3
/h)= 5388,8 (kg/h)

I.2 Tính cân bằng vật chất
Phương trình cân bằng vật liệu của toàn tháp:
(1)
Đối với cấu tử dễ bay hơi:

(2)
Lượng sản phẩm đỉnh:
Trang 7
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
Lượng sản phẩm đáy:
= 3694,4 (kg/h)
I.2.1. Tính nồng độ phần mol của cấu tử nhẹ (Axeton)
 Thành phần mol trong hỗn hợp đầu:
 Thành phần mol trong sản phẩm đỉnh:
 Thành phần mol trong sản phẩm đáy:
I.2.2. Tính lưu lượng mol trung bình
 Trong hỗn hợp đầu:
70,25 kg/kmol
 Trong sản phẩm đỉnh:
58,22 kg/kmol
 Trong sản phẩm đáy:
77,60 kg/kmol
Ta có bảng tổng kết thành phần sản phẩm:
Bảng 1: Thành phần sản phẩm
% khối
lượng
% mol Lưu lượng
(kg/h)
Lưu lượng
(kmol/h)
Hỗn hợp đầu 0,3876 5388,8 76,71
Sản phẩm đỉnh 0,985 0,9888 1694,4 29,10
Sản phẩm đáy 0,015 0,0201 3694,4 3694,4
I.3. Thành phần pha của hỗn hợp 2 cấu tử Axeton-Benzen
Trang 8

Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
Bảng thành phần cân bằng lỏng hơi và nhiệt độ sôi của 2 cấu tử ở áp suất 760mmHg
(% mol) (bảng IX.2a/146.II)
x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
y 0 14 24.
3
40 51.2 59.
4
65.5 73 79.5 86.
3
93.
2
100
t
o
80.
1
78.
3
76.
4
72.
8
69.6 66.
7
64.3 62.
4
60.
7
59.6 58.

8
56.1
Bảng 2. Thành phần cân bằng lỏng hơi và nhiệt độ sôi của Axeton-Benzen
Bằng phương pháp nội suy ta tính được t
o
s
như bảng sau:
II. XÁC ĐỊNH SỐ BẬC THAY ĐỔI NỒNG ĐỘ.
II.1. Xác định chỉ số hồi lưu Rmin.
Trong đó: là nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi cân bằng với nồng độ
trong pha lỏng của hỗn hợp đầu.
II.2. Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp
Việc chọn chỉ số hồi lưu thích hợp rất quan trọng, vì khi chỉ số hồi lưu bé thì
số bậc của tháp lớn nhưng tiêu tốn hơi đốt ít, ngược lại khi chỉ số hồi lưu lớn thì số
bậc của tháp có ít hơn, nhưng tiêu tốn hơi đốt lại rất lớn.
Trang 9
Sản phẩm x(%mol) y(%mol) Nhiệt độ sôi
F 38,76 58,38 67
P 98,88 99,23 56.4
W 2,01 5,63 79.4
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
Xác định chỉ số hồi lưu từ điều kiện thể tích tháp nhỏ nhất, tức là N(R+1) là
nhỏ nhất.( Với N là số bậc thay đổi nồng độ hay số đĩa lý thuyết).
R=b.Rmin
Với: b là hệ số dư (1,2 2,5)
Ta có :
b 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,5
R 2,48 2,89 3,30 3,72 4,13 4,54 4,95 5,16
B 0,28 0,25 0,23 0,21 0,19 0,18 0,17 0,16
N 53 36 30 27 24 23 22 21

N(R+1) 184 140 129 127 123 127 131 129
Bảng 3: Bảng số đĩa lý thuyết ứng với b
Đồ thị thể hiện mối liên hệ giữa N(R+1) và R
Từ đồ thị trên ta tìm được giá trị N(R+1) nhỏ nhất tại R=4,13 tương ứng với
b=2. Vậy ta tính được chỉ số hồi lưu thích hợp R=4,13.
Số đĩa lý thuyết đoạn luyện là: 19
Số đĩa lý thuyết đoạn chưng là: 5
II.3. Phương trình đường làm việc của đoạn luyện và đoạn chưng
Để tính toán chưng cất hệ hai cấu tử, ta phải xác định phương trình đường
làm việc đoạn luyện và đoạn chưng.
Ta có: Tỉ số hồi lưu làm việc
Trang 10
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
II.3.1. Phương trình đoạn luyện
II.3.2. Phương trình đoạn chưng
Hai đường làm việc này cắt nhau tại hoành độ x = x
F

Biểu đồ xác định số đĩa lí thuyết
Từ biểu đồ ta có : Số đĩa lí thuyết N : 53
Hệ số b : 1,2
Hệ số hồi lưu R : 2,48
Biểu đồ xác định số đĩa lí thuyết
Từ biểu đồ ta có : Số đĩa lí thuyết N : 36
Hệ số b : 1,4
Hệ số hồi lưu R : 2,89
Trang 11
II.3.3. Biểu đồ xác định số đĩa lý thuyết
Biểu đồ xác định số đĩa lí thuyết
Từ biểu đồ ta có : Số đĩa lí thuyết N : 24

Hệ số b : 2
Hệ số hồi lưu R : 4,13
Biểu đồ xác định số đĩa lí thuyết
Từ biểu đồ ta có : Số đĩa lí thuyết N : 27
Hệ số b : 1,8
Hệ số hồi lưu R : 3,72
Biểu đồ xác định số đĩa lí thuyết
Từ biểu đồ ta có : Số đĩa lí thuyết N : 30
Hệ số b : 1,6
Hệ số hồi lưu R : 3,30
Biểu đồ xác định số đĩa lí thuyết
Từ biểu đồ ta có : Số đĩa lí thuyết N : 23
Hệ số b : 2,2
Hệ số hồi lưu R : 4,54
Biểu đồ xác định số đĩa lí thuyết
Từ biểu đồ ta có : Số đĩa lí thuyết N :22
Hệ số b : 2,4
Hệ số hồi lưu R : 4,95
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
II.4. XÁC ĐỊNH SỐ ĐĨA THỰC TẾ
Với
: là hàm phụ thuộc vào độ bay hơi tương đối và độ nhớt µ của hỗn hợp
α : được xác định theo công thức IX.61 trang 171 st QTTB II:
Với x,y: nồng độ phần mol của Axeton trong pha hơi và pha lỏng.
Như vậy xác định nồng độ bay hơi trong các hỗn hợp như sau:
Trong hỗn hợp đầu:
Trong sản phẩm đỉnh:
Trong sản phẩm đáy:
Xác định độ nhớt của hỗn hợp theo nhiệt độ.
Trước hết ta xác định độ nhớt của Axeton và Benzen theo nhiệt độ dựa vào bảng

I.101 trang 91 stQTTB I
Nhiệt độ
o
C Độ nhớt Axeton (µ.10
3
Ns/m
2
)
Độ nhớt Benzen (µ.10
3
Ns/m
2
)
t
F
= 67 0,21 0,38
t
P
= 56,4 0,23 0,4
t
W
= 79,4 0,2 0,316
Trang 12
N/η
tb
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
Bảng 4: độ nhớt của Axeton và Benzen theo nhiệt độ
Độ nhớt của hỗn hợp được xác định theo công thức I.12 trng 84 st QTTB I
Do đó ta có:
Như vậy ta có kết quả sau:

Suy ra hiệu suất làm việc trung bình của tháp:
Số đĩa thực tế đoạn luyện:
N
l
= 19/0,4767= 40 đĩa
Số đĩa thực tế đoạn chưng:
N
c
=5/0,4767 = 10 đĩa
Trang 13
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
Số đĩa thực tế của tháp chưng cất :
N
tt
=N
l
+N
c
= 40+10 =50 đĩa
III. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
Mục đích của việc tính toán cân bằng nhiệt lượng là để xác định lượng hơi
đốt cần thiết khi đun nóng hỗn hợp đầu, đun bốc hơi ở đáy tháp cũng như xác định
lượng nước làm lạnh cần thiết cho quá trình ngưng tụ làm lạnh.
Chọn nước làm chất tải nhiệt vì nó là nguồn nguyên liệu rẽ tiền, phổ biến
trong thiên nhiên và có khả năng đáp ứng yêu cầu công nghệ.
III.1. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị tận dụng nhiệt và làm nguội sản phẩm
đáy
III.1.1. Nhiệt lượng do hỗn hợp đáy cấp cho dòng nhập liệu
Q= Gv.Cv.= 3694,4.2020.(79,4-33)= 368,7.10
6

(J/h)
Với:
• Gv=3694,4 (kg/h) : lượng hỗn hợp đáy đi vào thiết bị trao đổi nhiệt.
• Cv: nhiệt dung riêng trung bình của hỗn hợp đáy, J/kg.độ
• J/kg.độ
• C
A
=2350 J/kg.độ, C
B
=2015 J/kg.độ: nhiệt dung riêng của Axeton và Benzen
ở 79,4
o
C (bảng I.153 trang 171 st QTTB I)
•
III.1.2. Nhiệt độ của dòng nhập liệu khi qua thiết bị tận dụng nhiệt
t
s
: nhiệt độ sau khi ra khỏi thiết bị
t
đ
= 25
o
C: nhiệt độ đầu của dòng nhập liệu
Qn=368,7.10
6
J/h: nhiệt lượng nhận từ dòng sản phẩm đáy tháp
a = 5%: nhiệt tổn thất
J/kg.độ
Trang 14
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn

III.2. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt hỗn hợp nguyên liệu ban đầu
Yêu cầu dòng nguyên liệu trước khi vào tháp chưng là ở trạng thái lỏng sôi.
Vì vậy cần tiếp tục gia nhiệt dòng nguyên liệu từ 56,4 lên đến 67 . Ta chọn hơi
nước bão hòa đun sôi ở áp suất p = 1 atm, = 99,1 , ta có (J/kg) (tra bảng I.251 trang
314 sổ tay QTTB I).
Nhiệt lượng mà hỗn hợp đầu cần cung cấp.
J/kg
C
A
= 2289 J/kg.độ, C
B
=1904 J/kg.độ : nhiệt dung riêng của Axeton và Benzen ở
55
o
C (tra bảng I.251 trang 314 sổ tay QTTB I).
(J/h)
Q
F
: lượng nhiệt hỗn hợp cần cung cấp thêm
F: lượng nguyên liệu hỗn hợp đi vào (kg/h)
∆t= t
sôi
-ts
Lượng hơi nước bão hòa cần cung cấp
Trong đó:
G: lượng hơi nước bão hòa cần cung cấp
• ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước
• C= 4200 J/kg.độ : nhiệt dung riêng của nước.
• t.
nhiệt độ nước sau khi ngưng tụ.

nhiệt độ nước ngưng sau khi ra thiết bị gia nhiệt.
III.3. Cân bằng nhiệt lượng cho tháp chưng.
Trang 15
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
III.3.1. Lượng nhiệt do nguồn nhập liệu mang vào
(J/h)
III.3.2. Lượng nhiệt do sản phẩm đỉnh mang ra
Trong đó:
: nhiệt trị của hỗn hợp hơi ở đỉnh tháp, (J/Kg)
: là hàm nhiệt của Axeton và Benzen, (J/Kg)
J/Kg.độ
J/Kg)
(J/Kg.độ)
Mà : (J/Kg.độ)
: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp hơi ra khỏi đỉnh tháp ở nhiệt độ 56,4
Ta có:
: tra bảng I-153/171.I ở nhiệt độ 56,4và bằng nội suy ta có:
: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp ở đỉnh tháp tại nhiệt độ 56,4
: là nồng độ phần khối lượng trong hỗn hợp hơi ở đỉnh tháp
Trang 16
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
:nhiệt hóa hơi của Axeton và Benzen ở 56,4. Tra Bảng: I-213/254.I và bằng phương
pháp nội suy ta có:
J/Kg
J/Kg
=>
J/Kg)
=> 2282,225.56,4 = 651,43. (J/Kg)
Vậy:
= 5,6624. (J/h)

III.3.3. Lượng nhiệt do hồi lưu mang vào
J/h)
: lượng lỏng hồi lưu, kg/h
(Kg/h)
: nhiệt độ và nhiệt dung riêng của lỏng hồi lưu
Trong đó
(J/h)
III.3.4. Lượng nhiệt do dòng sản phẩm đáy mang ra
, J/h
Kg/h: là lượng sản phẩm đáy, Kg/h
79,4
:nhiệt dung riêng sản phẩm đáy được xác định theo công thức:
Trang 17
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
I-153/171.IJ/Kg.độJ/Kg.độ
==>2020,025 (J/Kg.độ)
Vậy:3694,4.79,4=592,55. (J/h)
III.3.5. Lượng nhiệt do nồi đun mang vào
(J/h)
III.3.6. Lượng hơi nước cần cung cấp là:
G =2094,01(Kg/h)
III.4. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ
Lượng nước làm mát đơể ngưng tụ sản phẩm đỉnh là:
G =43272,03404 (kg/h)
III.5. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị làm lạnh
Lượng nước làm mát để đưa sản phẩm từ 56,4 về 30
G = 4861,37 (kg/h)
IV. ĐƯỜNG KÍNH THÁP
Vì lượng hơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao của tháp và khác nhau
trong mỗi đoạn nên lượng hơi trung bình trong từng đoạn khác nhau và do đó

đường kính đoạn chưng và đoạn luyện có thể khác nhau.
Đường kính tháp được tính theo công thức:
D= (m) công thức (IX-89)
: lượng hơi trung bình đi trong tháp (
: vận tốc hơi trng bình đi trong tháp (m/s)
Trang 18
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
IV.1. Đường kính đoạn luyện
IV.1.1. Lưu lượng hơi trung bình trong đoạn luyện
Được tính theo công thức sau:
(IX.91/181.II)
Có thể xem gần đúng bằng trung bình cộng lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên
cùng của tháp và lượng hơi đi vào dưới cùng của đoạn luyện.
: lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện. (kg/h)
: lượng hơi đi ra khỏi tháp ở đĩa trên cùng (kg/h)
(IX.92/181.II)
Với : lượng lỏng hồi lưu, kg/h
: lượng sản phẩm đỉnh (kg/h), (kg/h)
: chỉ số hồi lưu, R = 4,13
(kg/h)
Áp dụng phương trình cân bằng vật liệu, nhiệt lượng cho đĩa thứ nhất của
đoạn luyện:
(IX.93/182.II)
(IX.94/182.II)
(IX.95/182.II)
Với :
: nồng độ của cấu tử nhẹ trong pha hơi của đĩa thứ nhất đoạn luyện.
: hàm lượng lỏng ở đĩa thứ nhất đoạn luyện
( % KL)
Trang 19

Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
(kg/h) = 29,10 (kmol/h)
: ẩn nhiệt của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn luyện
ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi ra khỏi đỉnh tháp (J/kg)
(J/kg)
: ẩn nhiệt hóa hơi của Axêton và Benzen nguyên chất
Tra bảng I-211/253[1] và nội suy ta có :
(J/kg)
(J/kg)
Vậy ta có hệ phưng trình:
Giải hệ ta được :
Suy ra lưu lượng hơi trung bình:
IV.1.2. Tính khối lượng riêng trung bình đối với pha hơi trong đoạn luyện:
Theo công thức:
(kg/,m
3
) (IX.102/183.II)
Với :
Trang 20
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
(kg/Kmol)kg/Kmol
nồng độ phần mol của Axêton trong pha hơi ở đoạn luyện.
0,811 (Phần mol)
: nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn luyện
+273 = +273 = 334,7 K
Do đó :
== 2,25 (kg/)
Vậy:
= 3451,1 (
IV.1.3. Khối lượng riêng trung bình đối với pha lỏng đoạn luyện

Công thức tính toán :
(IX-104a/183.II).
: khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp lỏng trong đoạn luyện
khối lượng rrieng trung bình của axeton và benzen trong pha lỏng lấy theo nhiệt độ
TB (kg/), =61,7
(kg/) bảng 4/11[III]
(kg/) bảng 4/11[III]
0,6525 (Phần khối lượng )
772,99 (kg/)
IV.1.4. Tìm vận tốc hơi trung bình đi trong đoạn luyện :
Tốc độ khí bay hơi trong tháp đĩa lưới được xác định theo công thức :
=0,93(m/s) (IX.111/186[II])
Trang 21
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
Trong đó :
: tốc độ giới hạn trên (m/s)
:là khối lượng riêng của lỏng và hơi, (kg/)
Để tránh tạo bọt ta lấy tốc độ làm việc khoảng 80-90% tốc độ giới hạn.
 Vậy chọn =0,85.0,93=0,7905(m/s)
Vậy đường kính đoạn luyện :
1,24 (m)
IV.2. Đường kính đoạn chưng
IV.2.1. Lưu lượng hơi trung bình đoạn chưng :
Được tính gần đúng bằng trung bình cộng của lượng hơi ta khỏi đoạn chưng
và lượng hơi đi vào đoạn chưng:
2
11
2
1
ggg

n
g
tb
g
′
+
=
′
+
′
=
′
Vì lượng hơi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện do đó:
(kg/h)
Lượng hơi đi vào đoạn chưng , lượng lỏng , và hàm lượng lỏng trong đoạn chưng
được xác định bằng hệ phương trình sau:
W
GgG
+
′
=
′
11
(1) (IX-98/182.II)
W
x
W
GygxG
+
′

=
′′
1
'
111
(2) (IX-99/182.II)
1111
rg
n
r
n
grg
=
′′
=
′′
(3) (IX-100/182.II)
Trong đó:
Trang 22
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
(phần mol) = 0,0425 (phần khối lượng)
: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng, được xác
định theo công thức trang 182.II:
)1(
11
y
B
ry
A
rr

′
−+
′
=
′
: ẩn nhiệt hóa hơi của Axeton và Benzen ở nhiệt độ
Tra bảng I-212/254.I ta có:
(J/kg)
(J/kg)

(J/kg)
Vậy:
(3) => (kg/h)= 3,2192(kg/s)
(1) => (kg/h)=4,2454(kg/s)
(2) =>. (kg/kg)
=0,048 (mol/mol)
Vậy lượng hơi trung bình trong đoạn chưng:
(kg/h)
IV.2.2. Khối lượng riêng trung bình đối với pha hơi đoạn chưng:
Khối lượng riêng đoạn chưng được tính theo công thức sau:
[ ]
'.4,22
273)
1
'1(
1
'
'
T
B

M
tb
y
A
M
tb
y
ytb
−+
=
ρ
(kg/) (IX-102/182.II)
Ta có:
Trang 23
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
T=
: phần mol của axeton trong hỗn hợp hơi ở đoạn chưng
(phần mol)
 (kg/)
Vậy:
(
IV.2.3. Khối lượng riêng trung bình đối với pha lỏng đoạn chưng.
2
1
'1
1
1
'
'
1

x
tb
x
x
tb
x
xtb
ρρρ
−
+=
(phần khối lượng)
: khối lượng của Axeton và Benzen ở nhiệt độ trung bình của đoạn chưng 73,2. Tra
bảng I-2/9/I
726 kg/m
3
kg/m
3

Suy ra: (kg/m
3
)
IV.2.4. Tính vận tốc hơi trung bình trong đoạn chưng:
Tương tự đoạn luyện ta có: tốc độ khí bay hơi trong tháp đĩa lưới được xác
định theo công thức:
(m/s)
(IX.111/186[II])
Trong đó:
: tốc độ giới hạn trên (m/s)
Trang 24
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn

: là khối lượng riêng của lỏng và hơi, (kg/)
Để tránh tạo bọt ta lấy tốc đọ làm việc khoảng 80-90% tốc độ giới hạn.
Vậy chọn 0,762 (m/s)
(m)
Do đường kính đoạn chưng và đoạn luyện chênh lệch nhau không quá 10%
nên đồng nhất hai giá trị đường kính về giá trị đường kính chuẩn.
Vậy chọn đường kính tháp là D =1,4 m (theo bảng qui chuẩn cho đường kính
tháp,359.II).
V. Chiều cao tháp chưng luyện:
Chiều cao tháp chưng luyện được tính theo công thức IX-50/168.II
H = N
t
( +δ) + ∆H (m)
: chiều cao của nắp và đáy tháp. Ở đây tháp làm việc ở áp suất thường nên =
(0,8÷1)
Nắp và đáy tháp có dạng hình elip)
: Số đĩa thực tế
: khoảng cách giữa các đĩa (Trang 169/II)
(0,8÷1); khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy thiết bị
: chiều dày của đĩa.
Ở đây ta chọn đĩa lưới làm việc đều đặn chiều dày của đĩa 10mm =0,01
m, thiết diện tự do của đĩa là 12,8%
V.1. Chiều cao đoạn luyện
Chọn theo bảng IX.4a/169 [II]. Đoạn giữa đường kính và khoảng cách các
đĩa. Ở đây đường kính tháp là 1,4m. Ta chọn khoảng cách giữa các đĩa là:
400mm=0,4m.
Trang 25