thiết kế tháp loại đĩa chóp tròn để chưng cất hỗn hợp benzen – toluen ở áp suất thưởng với năng suất theo sản phẩm đỉnh(benzene) là 2 kgs

Đồ án KTTP II GVHD: Phạm Thị Thu Hoài

MỤC LỤC
Trang
Lời mở đầu 2
Chương I : Tổng quan 3
Chương II : Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất 7
Chương III : Tính toán kỹ thuật thiết bị chính 9
I. Tính cân bằng vật liệu 9
II. Tính đường kính tháp 12
III. Tính chiều cao tháp 19
IV. Tính trở lực tháp 20
Chương IV: Tính cân bằng nhiệt lượng 26
Kết luận 30
Tài liệu tham khảo 30
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 1
454 Minh Khai, Q. Hai Bà Trưng, Hà Nội
Đồ án KTTP II GVHD: Phạm Thị Thu Hoài
LỜI MỞ ĐẦU
Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển đóng góp to lớn cho nền công nghiệp
nước ta nói riêng và thế giới nói chung. Một trong những ngành có đóng góp vô cùng
to lớn đó là ngành công nghiệp hoá học, đặc biệt là ngành sản xuất các hoá chất cơ
bản.
Hiện nay, các ngành công nghiệp cần sử dụng rất nhiều hoá chất có độ tinh
khiết cao. Nhu cầu này đặt ra cho các nhà sản xuất hoá chất sử dụng nhiều phương
pháp để nâng cao độ tinh khiết của sản phẩm như : trích ly, chưng cất, cô đặc, hấp thu
… Tuỳ theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp cho
phù hợp. Đối với hệ benzen – toluen là hệ 2 cấu tử tan lẫn vào nhau, ta chọn phương
pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho benzen.
Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị là một môn học mang tính tổng hợp trong
quá trình học tập của các kỹ sư Công nghệ Thực phẩm học tương lai. Môn học này

giúp sinh viên có thể tính toán cụ thể : quy trình công nghệ, kết cấu, giá thành của
một thiết bị trong sản xuất hoá chất - thực phẩm. Đây là lần đầu tiên sinh viên được
vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết các vấn đề kỹ thuật thực tế một cách
tổng hợp.
Nhiệm vụ của đồ án là thiết kế tháp loại đĩa chóp tròn để chưng cất hỗn hợp
Benzen – Toluen ở áp suất thưởng với năng suất theo sản phẩm đỉnh(Benzene) là 2
kg/s có nổng độ 95% phần khối lượng benzen, nồng độ sản phẩm đáy là 98% khối
lượng Toluene,Nồng độ nhập liệu là 15% khối lượng Benzene, nhập liệu ở trạng thái
lỏng sôi.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 2
454 Minh Khai, Q. Hai Bà Trưng, Hà Nội
Đồ án KTTP II GVHD: Phạm Thị Thu Hoài
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
I. LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT :
1. Khái niệm :
- Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của 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 nhiệt độ, áp suất hơi bão hoà 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.
- Chưng cất và cô đặc khá giống nhau, tuy nhiên sự khác nhau căn bản nhất
của 2 quá trình này 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 sẽ thu được 2
sản phẩm :
 Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn (nhiệt độ sôi

nhỏ)
 Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi nhỏ (nhiệt độ sôi
lớn)
- Đối với hệ Benzen – Toluen
 Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm benzen và một ít toluen.
 Sản phẩm đáy chủ yếu là toluen và một ít benzen.
2. Phương pháp chưng cất :
Các phương pháp chưng cất được phân loại theo :
- Áp suất làm việc :
 Áp suất thấp
 Áp suất thường
 Áp suất cao
 Nguyên tắc làm việc : dựa vào nhiệt độ sôi của các cấu tử, nếu nhiệt độ
sôi của các cấu tử quá cao thì ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi của các
cấu tử.
- Nguyên lí làm việc :
 Chưng một bậc
 Chưng lôi cuốn theo hơi nước
 Chưng cất
- Cấp nhiệt ở đáy tháp :
 Cấp nhiệt trực tiếp
 Cấp nhiệt gián tiếp
Vậy : Đối với hệ Benzen – Toluen, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục ở
áp suất thường.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 3
454 Minh Khai, Q. Hai Bà Trưng, Hà Nội
Đồ án KTTP II GVHD: Phạm Thị Thu Hoài
Thiết bị chưng cất :
Trong sản xuất, người ta 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 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 đượ cho tiếp xúc với nhau. Tuỳ theo
cấu tạo của đĩa, ta có :
Tháp mâm chóp : trên mâm bố trí có chóp dạng tròn, xupap, ….
Tháp mâm xuyên lỗ : trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh.
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 sau
: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự.
So sánh ưu nhược điểm của các loại tháp :
Tháp chêm Tháp mâm xuyên lỗ Tháp 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 :qua phân tích trên ta sử dụng tháp mâm chóp để chưng cất hệ Benzen –
Toluen.
GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU :
Benzen & Toluen :
Benzen: là một hợp chất mạch vòng, ở dạng lỏng không màu và có mùi thơm
nhẹ.Công thức phận tử là C
6
H
6
. Benzen không phân cực,vì vậy tan tốt trong
các dung môi hữu cơ không phân cực và tan rất ít trong nước. Trước đây người
ta thường sử dụng benzen làm dung môi. Tuy nhiên sau đó người ta phát hiện
ra rằng nồng độ benzen trong không khí chỉ cần thấp khoảng 1ppm cũng có

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 4
454 Minh Khai, Q. Hai Bà Trưng, Hà Nội
Đồ án KTTP II GVHD: Phạm Thị Thu Hoài
khả năng gây ra bệnh bạch cầu, nên ngày nay benzen được sử dụng hạn chế
hơn
Các tính chất vật lí của benzen:
- Khối lượng phân tử: 78,11
- Tỉ trọng(200C): 0,879
- Nhiệt độ sôi: 80oC
- Nhiệt độ nóng chảy: 5,50C
Toluen: là một hợp chất mạch vòng,ở dạng lỏng và có tính thơm ,công thức
phân tử tương tự như benzen có gắn thêm nhóm –CH
3
. Không phân cực,do đó
toluen tan tốt trong benzen.Toluen có tính chất dung môi tương tự benzen
nhưng độc tính thấp hơn nhiều, nên ngày nay thường được sử dụng thay
benzen làm dung môi trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp.
Các tính chất vật lí của toluen:
- Khối lượng phân tử : 92,13
- Tỉ trọng (20
o
C) : 0,866
- Nhiệt độ sôi : 111
o
C
- Nhiệt độ nóng chảy : -95
o
C
Các phương thức điều chế :
Đi từ nguồn thiên nhiên

Thông thường các hidrocacbon ít được điều chế trong phòng thí nghiệm, vì có
thể thu được lượng lớn nó bằng phương pháp chưng cất than đá, dầu mỏ….
Đóng vòng và dehiro hóa ankane
Các ankane có thể tham gia đóng vòng và dehidro hóa tạo thành hidro cacbon
thơm ở nhiệt độ cao và có mặt xúc tác như Cr
2
O
3
, hay các lim loại chuyển tiếp
như Pd, Pt
CH
3
(CH
2
)
4
CH
3
 →
3232
/ OAlOCr

C
6
H
6
Dehidro hóa các cycloankane
Các cycloankane có thể bị dehidro hóa ở nhiệt độ cao với sự có mặt của các
xúc tác kim loại chuyển tiếp tạo thành benzen hay các dẫn xuất cảu benzen
C

6
H
12
 →
PdPt /

C
6
H
6
Đi từ acetylen
Đun acetane trong sự có mặt cảu của xúc tác là than hoạt tính hay phức của
niken như Ni(CO)[(C
6
H
5
)P] sẽ thu được benzen
3C
2
H
2

→
xt

C
6
H
6
Từ benzen ta có thể điều chế được các dẫn xuất của benzen như toluen bằng

phản ứng Friedel-Crafts (phản ứng ankyl hóa benzen bằng các dẫn xuất ankyl
halide với sự có mặt cảu xúc tác AlCl
3
khan
C
6
H
6
+ CH
3
- Cl
 →
3
AlCl
C
6
H
5
-CH
3
Hỗn hợp benzen – toluen :
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 5
454 Minh Khai, Q. Hai Bà Trưng, Hà Nội
Đồ án KTTP II GVHD: Phạm Thị Thu Hoài
Ta có bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp Benzen –
Toluen ở 760 mmHg.(Tham khảo STT1)
CHƯƠNG II
VẼ VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT
Chú thích
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 6

454 Minh Khai, Q. Hai Bà Trưng, Hà Nội
x (% phân
mol)
0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
y (% phân
mol)
0 11,8 21,4 38 51,1 61,9 71,2 79 85,4 91 95,9 100
t (
o
C) 110,6
108,
3
106,1 102,2 98,6 95,2 92,1 89,4
86,
8
84,4 82,3 80,2
Đồ án KTTP II GVHD: Phạm Thị Thu Hoài
1-Thùng chứa hỗn hợp đầu 5-Tháp chưng luyện
2-Bơm 6-Thiết bị ngưng tụ hồi lưu
3-Thùng cao vị 7-Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh
4-Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 8-Thùng chứa sản phẩm đỉnh
9-Thiết bị gia nhiệt đáy 10-Thùng chứa sản phẩm đáy
11-Thiết bị tháo nước ngưng
Hỗn hợp đầu từ thùng chứa 1 được bơm 2 bơm liên tục lên thùng cao vị 3.
Mức chất lỏng cao nhất ở thùng cao vị được khống chế nhờ ống chảy tràn. Từ thùng
cao vị, hỗn hợp đầu qua thiết bị đun nóng 4. Tại đây, dung dịch được gia nhiệt bằng
hơi nước bão hòa đến nhiệt độ sôi. Sau đó,dung dịch được đưa vào tháp chưng luyện
qua đĩa tiếp liệu.
Tháp chưng luyện gồm 2 phần: phần từ đĩa tiếp liệu trở lên trên là đoạn luyện,
còn từ đĩa tiếp liệu trở xuống là đoạn chưng.

Như vậy, ở trong tháp,pha lỏng đi từ trên xuống tiếp xúc với pha hơi đi từ dưới
lên. Hơi bốc từ đĩa dưới lên qua các lỗ đĩa trên và tiếp xúc với pha lỏng của đĩa trên,
ngưng tụ một phần, vì thế nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng tăng dần theo
chiều cao của tháp. Vì nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong lỏng tăng nên nồng độ của nó
trong hơi do lỏng bốc lên cũng tăng. Cấu tử dễ bay hơi có nhiệt độ sôi thấp hơn cấu
tử khó bay hơi nên khi nồng độ của nó tăng nên thì nhiệt độ sôi của dung dịch giảm.
Tóm lại, theo chiều cao tháp nồng độ cấu tử dễ bay hơi (cả pha lỏng và pha
hơi) tăng dần, nồng độ cấu tử khó bay hơi (cả pha lỏng và pha hơi) giảm dần và nhiệt
độ giảm dần. Cuối cùng ở đỉnh tháp ta sẽ thu được hỗn hợp hơi có thành phần hầu hết
là cấu tử dễ bay hơi còn ở đáy tháp ta sẽ thu được hỗn hợp lỏng có thành phần cấu tử
khó bay hơi chiếm tỉ lệ lớn. Để duy trì pha lỏng trong các đĩa trong đoạn luyện, ta bổ
sung bằng dòng hồi lưu được ngưng tụ từ hơi đỉnh tháp. Hơi đỉnh tháp được ngưng tụ
nhờ thiết bị ngưng tụ hoàn toàn 6, dung dịch lỏng thu được sau khi ngưng tụ một
phần được dẫn tới hồi lưu trở lại đĩa luyện trên cùng để duy trì pha lỏng trong các đĩa
đoạn luyện, phần còn lại được đưa qua thiết bị làm lạnh 7 để đi vào bể chứa sản phẩm
đỉnh 8. Chất lỏng ở đáy tháp được tháo ra ở đáy tháp,sau đó một phần được đun sôi
bằng thiết bị gia nhiệt đáy tháp 9 và hồi lưu và đáy tháp, phần chất lỏng còn lại được
đưa vào bể chứa sản phẩm đáy 10. Nước ngưng của các thiết bị gia nhiệt đước tháo
qua thiết bị tháo nước ngưng 11.
Như vậy, thiết bị làm việc liên tục (hỗn hợp đầu đưa vào liên tục và sản phẩm
cũng được lấy ra liên tục).
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 7
454 Minh Khai, Q. Hai Bà Trưng, Hà Nội
Đồ án KTTP II GVHD: Phạm Thị Thu Hoài
CHƯƠNG III
TÍNH TOÁN KỸ THUẬT THIẾT BỊ CHÍNH
+ Giả thiết:
- Số mol pha hơi đi từ dưới lên là bằng nhau trong tất cả mọi tiết
diện của tháp.
- Số mol chất lỏng không thay đổi theo chiều cao đoạn chưng và

đoạn luyện.
- Hỗn hợp đầu đi vào tháp ở nhiệt độ sôi.
- Chất lỏng ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ có thành phần bằng
thành phần của hơi đi ra ở đỉnh tháp.
- Cấp nhiệt ở đáy tháp băng hơi đốt gián tiếp.
+ Yêu cầu thiết bị:
- Thiết bị làm việc ở áp suất thường P = 1 atm
- Loại tháp: Đĩa chóp tròn
+ Các thông số ban đầu
- Hỗn hợp ban đầu:
+ Benzen: C
6
H
6
, t
s
= 81,1
o
C
+ Toluen: C
6
H
5
CH
3
, t
s
= 110
o
C

- Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu: 2 kg/s = 7200 kg/h
- Nồng độ hỗn hợp đầu: a
F
= 25 % khối lượng
- Nồng độ sản phẩm đỉnh: a
P
= 96 % khối lượng
- Nồng độ sản phẩm đáy: a
W
= 2 % khốlượng
I. Tính cân bằng vật liệu
1. Tính cân bằng vật liệu
M
F
= a
F
.M
B
+ (1- a
F
).M
T
= 0,25.78 + (1-0.25).92 = 88,5 (kg/kmol)
M
P
= a
P
.M
B
+ (1- a

P
).M
T
= 0,96.78 + (1-0,96).92 = 78,56 (kg/kmol)
M
W
= a
W
.M
B
+ (1- a
W
).M
T
= 0,02.78 + (1-0,02).92 =91,72 (kg/kmol)
Theo phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp:
F= P + W
Và phương trình cân bằng vật liệu cho cho cấu tử dễ bay hơi:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 8
454 Minh Khai, Q. Hai Bà Trưng, Hà Nội
Đồ án KTTP II GVHD: Phạm Thị Thu Hoài
F.a
F
= P.a
P
+ W.a
W
Suy ra, lượng sản phẩm đáy là:
W=
F

.
W
P
FP
aa
aa
−
−
=
2
.
02,096,0
25,096,0
−
−
= 1,5106 (kg/s) =5438,16(kg/h)
Vậy lượng sản phẩm đỉnh là:
P= F – W = 2–1,5106= 0,4894 (kg/s)=1761,84(kg/h)
Chuyển đổi nồng độ khối lượng sang nồng độ phần mol:
Ta có: M
B
= 78 : khối lượng phân tử của Benzen
M
T
= 92 : khối lượng phân tử của Toluen
x
F
=
T
F

B
F
B
F
M
a
M
a
M
a
−
+
1
=
92
25,01
78
25,0
78
25,0
−
+
=0,2822 (kmol/kmol)
x
p
=
T
P
B
P

B
P
M
a
M
a
M
a
−
+
1
=
92
96,01
78
96,0
78
96,0
−
+
=0,965 (kmol/kmol)
x
W
=
T
W
B
W
B
W

M
a
M
a
M
a
−
+
1
=
92
02,01
78
02,0
78
02,0
−
+
=0,0235 (kmol/kmol)
Tính lượng hỗn hợp đầu F’, lượng sản phẩm đỉnh P’, lượng sản phẩm đáy W’ theo
kmol/s:
=
'
F
F
M
a
M
a
T

F
B
F
.
1








−
+
=
02,02.
92
25,01
78
25,0
=






−
+

(kmol/s)
3'
10.2362,64894,0.
92
96,01
78
96,0
.
1
−
=






−
+=








−
+= P
M

a
M
a
P
T
P
B
P
(kmol/s)
0164,05106,1.
92
02,01
78
02,0
.
1
'
=






−
+=









−
+= W
M
a
M
a
W
T
W
B
W
(kmol/s)
2.Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp.
a. Chỉ số hồi 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 định là vô cực nhưng chi phí điều hành( nhiên liệu, nước,
bơm,…) là tối thiểu.
Ta có bảng thành phần cân bằng lỏng(x) – hơi(y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp
Benzen – Toluen ở 1 atm như sau:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 9
454 Minh Khai, Q. Hai Bà Trưng, Hà Nội
Đồ án KTTP II GVHD: Phạm Thị Thu Hoài
x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
y 0 11,8 21,4 38 51,1 61,9 71,2 79 85,4 91 95,9 100
t
s

110,6 108,
3
106,1 102,2 98,6 95,2 92,1 89,4 86,
8
84,4 82,3 80,2
Từ đồ thị hình 1: đồ thị y-x biểu diễn đường cân bằng
x
F
= 0,2822, dùng phương pháp nội suy, ta có y
*
F
= 0,488
Vậy, chỉ số hoàn lưu tối thiểu:
317,2
2822,0488,0
488,0965,0
min
=
−
−
=
−
−
=
∗
∗
FF
FP
xy
yx

R
b. Chỉ số hồi lưu thích hợp
Ta lấy các giá trị R
x
> R
min
trên đồ thị ta vẽ được các đường làm việc của đoạn
chưng và đoạn luyện với tung độ
β
khác nhau.
Ta có:
min
R
R
=
β
(với
β
∈
[1,2; 2,5] là hệ số hồi lưu)
Với mỗi giá trị của
β
cho ta mỗi giá trị của R và từ đó xác định được số đĩa lý
thuyết tương ứng.
+ Với
2,1=
β
781,2=⇒ R
Vậy phương trình làm việc của đoạn luyện là :
26,074,0 += xy

26,0)0( ==→ ym
(Đồ thị H2)
→
Từ đồ thị H2 ta xác định được N=17
+ Với
476,35,1 =⇒= R
β
Vậy phương trình làm việc của đoạn luyện là :
22,078,0 += xy
→

22,0)0( == ym
(Đồ thị H3)
→
Từ đồ thị H3 ta xác định được N=13
+ Với
171,48,1 =⇒= R
β
Vậy phương trình làm việc của đoạn luyện là :
19,081,0 += xy

19,0)0( ==→ ym
(Đồ thị H4)
→
Từ đồ thị H4 ta xác định được N=11
+ Với
634,40,2 =⇒= R
β
Vậy phương trình làm việc của đoạn luyện là :
17,082,0 += xy

→
17,0)0( == ym
(Đồ thị H5)
→
Từ đồ thị H5 ta xác định được N=10
+ Với
793,55,2 =⇒= R
β
Vậy phương trình làm việc của đoạn luyện là :
14,085,0 += xy

14,0)0( ==→ ym
(Đồ thị H6)
→
Từ đồ thị H6 ta xác đình được N=10
Thiết lập quan hệ R-N(R+1) qua bảng sau
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 10
454 Minh Khai, Q. Hai Bà Trưng, Hà Nội
Đồ án KTTP II GVHD: Phạm Thị Thu Hoài
β
1,2 1,5 1,8 2,0 2,5
R 2,781 3,476 4,171 4,634 5,793
N 17 13 11 10 10
N.(R+1) 64,26 58,175 56,87 56,34 67,93
Từ bảng số liệu, ta xây dựng đồ thị (H7) biểu diễn mối quan hệ R – N(R+1)
Dựa vào đồ thị (H7), ta xác định được R
th
= 4,634
c. Phương trình đường nồng độ làm việc

- Đường nồng độ làm việc đoạn chưng
Lượng hỗn hợp đầu tính theo 1 kmol sản phẩm đỉnh:
207,3
10.23612,6
02,0
3'
'
===
−
P
F
f
Phương trình:
W
x
R
f
x
R
fR
y
1
1
1 +
−
+
+
+
=
[II-158]

0235,0.
1634,4
207,31
1634,4
207,3634,4
+
−
+
+
+
=⇔ xy
013,039,1 −=⇔ xy
- Đường nồng độ làm việc đoạn luyện
Phương trình:
11 +
+
+
=
R
x
x
R
R
y
P
[II-144]
1634,4
965,0
1634,4
634,4

+
+
+
=⇔ xy
17,082,0 +=⇔ xy
3. Số đĩa lý thuyết
Với R
th
= 4,634 dựa vào đường cân bằng và đường nồng độ làm việc, ta xác
định được số đĩa lý thuyết.
N
LT
=10
II. Tính đường kính tháp
Đường kính được xác định theo công thức:
tbyy
tb
g
D
)(
0188,0
ωρ
=
Để tính đường kính tháp, ta phải tính các giá trị sau:
1. Tính lưu lượng trung bình các dòng pha đi trong tháp.
2. Tính khối lượng riêng trung bình của các dòng pha đi trong tháp.
3. Tính tốc độ hơi đi trong tháp.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 11
454 Minh Khai, Q. Hai Bà Trưng, Hà Nội
Đồ án KTTP II GVHD: Phạm Thị Thu Hoài

4. Tính đường kính của tháp.
1. Tính đường kính đoạn luyện.
Có thể tính gần đúng bằng trung bình cộng của lượng hơi đi ra khỏi đĩa
trên cùng của tháp (g
đ
) và lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện (g
1
).
2
1
gg
g
đ
tb
+
=
(kg/h) [IX-91] [II-181]
Lượng hơi đi vào đoạn luyện được xác định theo hệ phương trình cân
bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng như sau:





=
+=
+=
đđ
pp
p

rgrg
xGxGyg
GGg
11
1111
11
(*) [II-182]
Coi:
F
xx =
1
pđ
xy =
Với: r
1
- ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất
r
đ
- ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp di ra khỏi đỉnh tháp
g
1
- lượng hơi đi vào đĩa cuối cùng của đoạn luyện
Ta có
( )
( )



−+=
−+=

bđđađ
ba
ryyrr
ryyrr
.1
.1
111
[II-182]
Với r
a
, r
b
là ẩn nhiệt hóa hơi của các cấu tử nguyên chất Benzen, toluen.
- Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đỉnh (x
p
=0,965) t
p
=80,935
o
C (Nội suy II-146)
Nội suy theo bảng r-t
o
[I-254] với t
o
=80,935
o
C, ta có:
r
a
=93,8 kcal/kg = 392,72.10

3
(J/kg)
r
b
=90,29 kcal/kg = 378,03.10
3
(J/kg)
<Đổi đơn vị: 1kcal/kg = 4,1868.10
3
J/kg>
bđđađ
ryyrr )1( −+=⇒
= 392,72.10
3
.0,965+(1-0,965).378,03.10
3
= 392,2.10
3
(J/kg)
- Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu (x
F
=0,2822) t
F
=99,2408
o
C ( Nội suy II-146)
Nội suy theo bảng r-t
o
[I-254] với t
o

=99,2408, ta có:
r
a
=90,633kcal/kg = 379,46.10
3
(J/kg)
r
b
=88,092kcal/kg = 368,82.10
3
(J/kg)
<Đổi đơn vị: 1kcal/kg = 4,1868.10
3
J/kg>
ba
ryyrr )1(
111
−+=⇒
= 379,46.10
3
.y
1
+(1-y
1
).368,82.10
3
= 368,82.10
3
+ 10,64.10
3

y
1
Ta có lượng hơi trung bình đi ra khỏi đỉnh tháp:
g
đ
= G
R
+ G
P
= G
P
(R
x
+1) [II-181]
= 1761,84.(4,634+1) = 9926,206 (kg/h)
Vậy, suy ra: G
R
= g
đ
– G
P
= 9926,206 - 1761,84 =8164,366 (kg/h)
Phân tử lượng trung bình của hỗn hợp ở đỉnh tháp là:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 12
454 Minh Khai, Q. Hai Bà Trưng, Hà Nội
Đồ án KTTP II GVHD: Phạm Thị Thu Hoài
49,78)965,01.(92965,0.78 =−+
Suy ra:
464,126
49,78

206,9926
==
đ
g
(kmol/h)
4466,22
49,78
84,1761
==
P
G
(kmol/h)
017,104
49,78
366,8164
==
R
G
(kmol/h)
Thay các số liệu trên vào hệ phương trình (*) ta được:





=
=
=
51,110
397,0

956,132
1
1
1
G
y
g
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện là:
71,129
2
956,132464,126
2
1
=
+
=
+
=
gg
g
đ
tb
(kmol/h) [II-181]
Nồng độ phần mol trung bình trong đoạn luyện là:
681,0
2
397,0965,0
2
1
=

+
=
+
=
yy
y
đ
tb
Phân tử lượng trung bình của hơi trong đoạn luyện là:
466,82)681,01.(92681,0.78 =−+
3
10.6966,10466,82.71,129 ==⇒
tb
g
(kg/h)
* Đối với pha hơi.
Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp được xác định theo công thức:
T
MyMy
tbtb
ytb
.4,22
273].).1(.[
2111
−+
=
ρ
, kg/m
3
[IX-102][II-183]

Trong đó:
M
1
, M
2
– khối lượng mol của Benzen và Toluen
T: Nhiệt độ làm việc trung bình của tháp, hay của đoạn chưng hay
đoạn luyện,tính theo
o
K
Y
tb1
- Nồng độ phần mol của cấu tử Benzen
2
11
1
cđ
tb
yy
y
+
=

Y
đ1
, y
c1
- nồng độ đầu và cuối đoạn luyện
Y
tb1

.M
1
+(1-y
tb1
).M
2
Phân tử lượng trung bình của đoạn
luyện: 83,152
Nhiệt độ trung bình của hỗn hợp trong đoạn luyện là:
0879,90
2
2408,99935,80
=
+
=
tb
t

o
C
Thay vào công thức tính khối lượng trung bình của hỗn hợp, ta có:
768,2
)2730879,90.(4,22
273.466,82
=
+
=
ytb
ρ
(kg/m

3
)
* Đối với pha lỏng.
Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp được xác định theo công thức:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 13
454 Minh Khai, Q. Hai Bà Trưng, Hà Nội
Đồ án KTTP II GVHD: Phạm Thị Thu Hoài
2
1
1
1
1
1
xtb
tb
xtb
tb
xtb
aa
ρρρ
−
+=
[IX-104a][II-183]
Trong đó:
xtb
ρ
- khối lượng riêng trung bình của pha lỏng lấy theo nhiệt độ
trung bình ở đoạn luyện với t=90,0879
o
C

a
tb1
- phần khối lượng trung bình của Benzen trong pha lỏng
Ta có:
90,803
1
=
xtb
ρ
(kg/m
3
) [I.2-9]
91,797
2
=
xtb
ρ
(kg/m
3
)
1xtb
ρ
,
2xtb
ρ
- khối lượng riêng trung bình của Benzen, Toluen tinh khiết
của pha lỏng theo nhiệt độ trung bình
Nồng độ trung bình của đoạn luyện:
%5,60
2

%96%25
1
=
+
=
tb
a
Thay vào công thức tính khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp, ta có:
91,797
605,01
90,803
605,01 −
+=
xtb
ρ
52,801=⇒
xtb
ρ
(kg/m
3
)
Vận tốc khí đi trong tháp được xác định theo công thức:
ytbxtbtbyy
h
ρρσϕωρ
.][065,0)( =
[IX-105][II-184]
Trong đó:
xtb
ρ

,
ytb
ρ
- khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha khí
theo nhiệt đô trung bình (kg/m
3
)
h- khoảng cách giữa các đĩa (m)
Giá trị h chọn theo đường kính tháp
][
σϕ
- hệ số tính đến sức căng bề mặt:
Khi
20
<
σ
đyn/cm thì
8,0][ =
σϕ
Khi
20
>
σ
đyn/cm thì
1][ =
σϕ
21
111
σσσ
+=

hh
[I.76][I-299]
1
σ
,
2
σ
- sức căng bề mặt của Benzen và Toluen
Ở đoạn luyện với t=90,0879
o
C nội suy theo [I-300] ta có:
3
1
10.04,20
−
=
σ
(N/m)
3
2
10.45,20
−
=
σ
(N/m)
33
10.45,20
1
10.04,20
11

−−
+=⇒
hh
σ
3
10.12,10
−
=⇒
σ
N/m = 10,12 đyn/cm
Ta thấy
20
<
σ
, vậy chọn
8,0][ =
σϕ
[II-184]
Chọn h=0,45
⇒
64,1768,2.52,801.45,08,0.065,0)( ==
tbyy
ωρ
(kg/m
2
.s)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 14
454 Minh Khai, Q. Hai Bà Trưng, Hà Nội
Đồ án KTTP II GVHD: Phạm Thị Thu Hoài
Thay vào công thức tính D ta có:

5183,1
64,1
10.6966,10
0188,0
3
==D
(m)
Chọn D=1,5 , h=0,45 là phù hợp.
Vậy vận tốc khí đi qua đoạn luyện là:
61,0
768,2.5,1
10.6966,10.0188,0
2
32
==
ytb
ω
(m/s)
2. Tính đường kính đoạn chưng
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng được tính gần đúng theo công
thức:
2
1
''
'
gg
g
n
tb
+

=
[IX-96] [II-182]
Vì lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện
g
’
n
=g
1
nên ta có thể viết:
2
1
'
1
'
gg
g
tb
+
=
[IX-97] [II-182]
Lượng hơi đi vào đoạn chưng g
’
1
, lượng lỏng G
1
và hàm lượng lỏng x
’
1

được xác định theo hệ phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt

lượng sau:





==
+=
+=
11
''
1
'
1
'
1
'
1
'
1
'
1
'
1
'
rgrgrg
xGygxG
GgG
nn
www

w
(**) [II-182]
Trong đó:
y
’
1
=y
w
tìm trên đường cân bằng ứng với
02,00235,0 =⇒=
ww
yx
r
’
1
- ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào trong đĩa thứ nhất của
đoạn chưng
ba
ryyrr ).1(
1
'
1
'
1
'
−+=
Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đĩa thứ nhất của đoạn chưng với nồng độ
benzen (x
w
=0,0235) t

w
= 109,51
o
C (Nội suy II-146)
Nội suy theo bảng r-t
o
[I-254] với t
o
=109,51
o
C, ta có:
r
a
=88,63kcal/kg = 371,076.10
3
(J/kg)
r
b
=86,598kcal/kg = 362,568.10
3
(J/kg)
<Đổi đơn vị: 1kcal/kg = 4,1868.10
3
J/kg>
⇒
r
’
1
=371,076.10
3

.0,02+(1-0,02).362,568.10
3
= 362,73.10
3
(J/kg)
Phân tử lượng trung bình của hỗn hợp ở đáy :
78.0,0235+92.(1-0,0235) = 91,671
32,59
671,91
16,5438
==⇒
W
G
(kmol/h)
Ta có:
b
nn
a
n
ryyrrr ).1(
'''
1
−+==
là ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào
đĩa trên cùng của đoạn chưng [II-182]
Thay vào hệ phương trình (**)ta được:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 15
454 Minh Khai, Q. Hai Bà Trưng, Hà Nội
Đồ án KTTP II GVHD: Phạm Thị Thu Hoài






+=
+=
+=
)397,0.10,64.10 368,82.10.(956,13210.73,362
0235,0.32,5902,0.
32,59
333
1
'
1
'
1
'
1
'
1
'
1
'
g
gxG
gG
Giải hệ phương trình ta có:






=
=
=
736,136
0210,0
056,196
1
'
1
'
1
'
g
x
G
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng:
846,134
2
736,136956,132
2
1
'
1
'
=
+
=
+

=
gg
g
tb
(kmol/h)
Nồng độ trung bình của đoạn chưng là:
2085,0
2
02,0397,0
2
1
'
1
2
=
+
=
+
=
yy
y
tb
(mol)
Phân tử lượng trung bình của hơi trong đoạn chưng là:
081,89)2085,01.(922085,0.78 =−+
3'
10.012,12081,89.846,134 ==⇒
tb
g
(kg/h)

- Khối lượng riêng trung bình.
* Đối với pha hơi
Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp được xác định theo công
thức:
T
MyMy
tbtb
tb
.4,22
273].).1(.[
2212
'
−+
=
ρ
, kg/m
3
[IX-102][II-183]
Trong đó:
M
1
, M
2
– khối lượng mol của Benzen và Toluen
T: Nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn chưng,tính theo
o
K
Y
tb2
- Nồng độ phần mol của cấu tử Benzen

2
22
2
cđ
tb
yy
y
+
=

Y
đ2
, y
c2
- nồng độ đầu và cuối đoạn chưng
Y
tb2
.M
1
+(1-y
tb2
).M
2
Phân tử lượng trung bình của đoạn
chưng: 89,928
Nhiệt độ trung bình của hỗn hợp trong đoạn chưng là:
375,104
2
2408,9951,109
=

+
=
tb
t
o
C
Thay vào công thức tính khối lượng trung bình của hỗn hợp, ta có:
874,2
)273735,104.(4,22
273.081,89
'
=
+
=
ytb
ρ
(kg/m
3
)
* Đối với pha lỏng.
Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp được xác định theo công thức:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 16
454 Minh Khai, Q. Hai Bà Trưng, Hà Nội
Đồ án KTTP II GVHD: Phạm Thị Thu Hoài
2
2
1
2
1
1

xtb
tb
xtb
tb
xtb
aa
ρρρ
−
+=
[IX-104a][II-183]
Trong đó:
xtb
ρ
- khối lượng riêng trung bình của pha lỏng lấy theo nhiệt độ
trung bình ở đoạn chưng với t=104,375
o
C
a
tb2
- phần khối lượng trung bình của Benzen trong pha lỏng
Ta có:
75,787
1
=
xtb
ρ
(kg/m
3
) [I.2-9]
187,783

2
=
xtb
ρ
(kg/m
3
)
1xtb
ρ
,
2xtb
ρ
- khối lượng riêng trung bình của Benzen, Toluen tinh khiết
của pha lỏng theo nhiệt độ trung bình
Nồng độ trung bình của đoạn chưng:
%5,13
2
%2%25
2
=
+
=
tb
a
Thay vào công thức tính khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp, ta có:
187,783
135,01
75,787
135,01 −
+=

xtb
ρ
799,783=⇒
xtb
ρ
(kg/m
3
)
Vận tốc khí đi trong tháp được xác định theo công thức:
ytbxtbtbyy
h
ρρσϕωρ
.][065,0)( =
[IX-105][II-184]
Trong đó:
xtb
ρ
,
ytb
ρ
- khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha khí
theo nhiệt đô trung bình (kg/m
3
)
h- khoảng cách giữa các đĩa (m)
Giá trị h chọn theo đường kính tháp
][
σϕ
- hệ số tính đến sức căng bề mặt:
Khi

20
<
σ
đyn/cm thì
8,0][ =
σϕ
Khi
20
>
σ
đyn/cm thì
1][ =
σϕ
21
111
σσσ
+=
hh
[I.76][I-299]
1
σ
,
2
σ
- sức căng bề mặt của Benzen và Toluen
Ở đoạn chưng với t=104,375
o
C nội suy theo [I-300] ta có:
3
1

10.275,18
−
=
σ
(N/m)
3
2
10.941,18
−
=
σ
(N/m)
33
10.941,18
1
10.275,18
11
−−
+=⇒
hh
σ
3
10.301,9
−
=⇒
σ
N/m = 9,301 đyn/cm
Ta thấy
20
<

σ
, vậy chọn
8,0][ =
σϕ
[II-184]
Chọn h=0,45
⇒
65,1874,2.799,783.45,08,0.065,0)( ==
tbyy
ωρ
(kg/m
2
.s)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 17
454 Minh Khai, Q. Hai Bà Trưng, Hà Nội
Đồ án KTTP II GVHD: Phạm Thị Thu Hoài
Thay vào công thức tính D ta có:
60,1
65,1
10.012,12
0188,0
3
==D
(m)
Chọn D=1,6 , h=0,45 là phù hợp.
Vậy vận tốc khí đi qua đoạn chưng là:
57,0
874,2.6,1
10.012,12.0188,0
2

32
==
ytb
ω
(m/s)
Kết luận: hai đường kính đoạn luyện và đoạn chưng không chênh lệch nhau
quá lớn nên ta chọn đường kính toàn tháp là D = 1,6 m
Khi đó tốc độ hơi ở chế độ làm việc thực:
+ Phần luyện:
=
ω
)/(53,0
768,2.6,1
10.6966,10.0188,0
.
.0188,0
2
32
2
2
sm
D
g
ytb
tb
==
ρ
+ Phần chưng:
=
ω

)/(57,0
874,2.6,1
10.012,12.0188,0
.
.0188,0
2
32
'2
'2
sm
D
g
ytb
tb
==
ρ
III. Tính chiều cao tháp
Chiều cao tháp được xác định bằng phương pháp đường cong động học .
( ) (0,8 1),
t d
H N H m
δ
= + + ÷
[II-169]
Trong đó : H : Chiều cao tháp
N
t
: Số đĩa thực tế
H
d

: khoảng cách giữa các đĩa
Theo bảng IX4a [II-169] chọn H
d
= 0,45 (m)

δ
: Chiều dày của đĩa . Chọn
5( ) 0,005( )mm m
δ
= =
Có nhiều phương pháp xác định số mâm thực của tháp, ngoại trừ các ảnh hưởng
của thiết kế cơ khí tháp thì ta có thể xác định số mâm thực dựa vào hiệu suất trung
bình:
N
t
= N
lt
/η
tb
Trong đó: N
t
– số đĩa thực tế, N
lt
- số đĩa lý thuyết, η
tb
– hiệu suất trung bình của
thiết bị
η
tb
=

n
nnnn
n
++++
321
Trong đó n
i
- hiệu suất của các bậc thay đổi nồng độ, n - số vị trí tính hiệu suất
Trong trường hợp này ta tính
η
tb
=
3
WFD
nnn ++
Với
D
n
F
n
W
n
- lần lượt là hiệu suất ở đĩa trên cùng, hiệu suất ở đĩa nhập liệu và
hiệu suất ở đĩa dưới cùng
- Xác định
D
n

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 18
454 Minh Khai, Q. Hai Bà Trưng, Hà Nội

Đồ án KTTP II GVHD: Phạm Thị Thu Hoài
ta có: T
đ
(nhiệt độ đỉnh tháp) = 80,935
0
C, x
D
= 0,965 suy ra y
D
= 0,9856 sử dụng
bảng I.101 trang 91 STT1 tra và nội suy các giá trị độ nhớt µ
B
= 0,3138.10
-3
N.s/m
2
, µ
T
= 0,3168.10
-3
N.s/m
2
.
Độ nhớt của hỗn hợp lg µ
hh
= x
D
.lgµ
B
+ (1- x

D
).lgµ
T
(theo công thức I.12 trang
84
[ ]
5
)  µ
hh
= 0,3139. 10
-3
N.s/m
2
(= 0.3139cP)
Và độ bay hơi tương đối 
1 0,9856 1 0,965
. . 2,4824
1 1 0,9856 0,965
y x
a
y x
− −
= = =
− −
 α. µ
hh
= 2,4824.0,3138 = 0,7789, theo hình IX.11 trang 171 sổ tay quyển 2 thì
D
n
= 0,53

- Xác định
F
n
, tương tự như trên ta có:
T
F
(nhiệt độ đĩa nhập liệu) = 99,2408
0
C, x
f
= 0,2822 suy ra y
D
= 0,488 sử dụng
bảng I.101 trang 91
[ ]
5
tra và nội suy các giá trị độ nhớt µ
B
= 0,2630.10
-3
N.s/m
2
,
µ
T
= 0,2728.10
-3
N.s/m
2
.

Độ nhớt của hỗn hợp lg µ
hh
= x
D
.lgµ
B
+ (1- x
D
).lgµ
T
(theo công thức I.12 trang
84 STT1)  µ
hh
= 0,2699. 10
-3
N.s/m
2
(= 0,2699cP)
Và độ bay hơi tương đối
1 0,488 1 0,2822
. . 2,4243
1 1 0,488 0,2822
y x
a
y x
− −
= = =
− −
 α. µ
hh

= 2,4243.0,2699 = 0,654, theo hình IX.11 trang 171 quyển 2 thì
F
n
=
0,56
- Xác định
w
n
, tương tự như trên ta có:
T
w
(nhiệt độ đĩa dưới cùng) = 109,52
0
C, x
w
= 0,0235 suy ra y
D
= 0,0554 sử dụng
bảng I.101 trang 91
[ ]
5
tra và nội suy các giá trị độ nhớt µ
B
= 0,241.10
-3
N.s/m
2
, µ
T
= 0,252.10

-3
N.s/m
2
.
Độ nhớt của hỗn hợp lg µ
hh
= x
D
.lgµ
B
– (1- x
D
).lgµ
T
(theo công thức I.12 trang
84
[ ]
5
)  µ
hh
= 0,2517. 10
-3
N.s/m
2
(= 0,2517 cP)
Và độ bay hơi tương đối
1 0,0554 1 0,0235
. . 2,4370
1 1 0,0554 0,0235
y x

a
y x
− −
= = =
− −
 α. µ
hh
= 2,4370.0,2517= 0,613, theo hình IX.11 trang 171 sổ tay quyển 2 thì
W
η
= 0.57
W
0,53 0,56 0,5
0,55
3 3
F P
tb
η η η
η
+ +
+ +
= = =
Suy ra số mâm thực :
N
t
= N
lt
/η
tb
= 10/0,55 = 18 ( mâm)

Vậy chiều cao tháp:
H= 18.(0,45+0,005)+0,8 = 8,99 (m)

IV. Tính trở lực của tháp.
Trở lực của tháp chóp bao gồm: tổn thất áp suất khi dòng khí đi qua đĩa khô,
tổn thất do sức căng bề mặt, tổn thất thất do lớp chất lỏng trên đĩa và bỏ qua sự biến
đổi chiều cao lớp chất lỏng trên đĩa
Trở lực của tháp chóp được xác định theo công thức:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 19
454 Minh Khai, Q. Hai Bà Trưng, Hà Nội
Đồ án KTTP II GVHD: Phạm Thị Thu Hoài
đtt
PNP ∆=∆ .
[IX-135] [II-192]
Trong đó: Trong đó N
tt
– số đĩa thực tế của tháp;
d
P∆
- tổng trở lực của một
đĩa, N/m
2
tskd
PPPP ∆+∆+∆=∆
[IX-139] [II-192]
k
P∆
- trở lực đĩa khô, N/m
2
s

P∆
- trở lực đĩa do sức căng bề mặt, N/m
2
t
P∆
- Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa, N/m
2
1. Trở lực của đĩa khô.
2
.
2
o
y
k
P
ωρ
ξ
=∆
[IX-137] [II-192]
Trong dó:
-
ξ
- hệ số trở lực, thường chọn
ξ
= 4,5 – 5(ở đây ta chọn
ξ
= 5);
-
y
ρ

- khối lượng riêng của pha hơi, kg/m
3
;
- w
0
– tốc độ khí qua rãnh chóp, m/s
nd
V
h
y
3600
4
2
0
π
ω
=
m/s [II-236]
V
y
: lưu lượng hơi đi trong tháp ( m
3
/h)
y
ytb
y
g
V
ρ
=

, m
3
/h
g
ytb
: lượng hơi trung bình đi trong tháp
Chọn d
h
= 0,1 (m) là đường kính ống hơi.
a. Đoạn luyện.
g
ytb
=10,6966.10
3
(kg/h)
768,2=
ytb
ρ
(kg/m
3
)
378,3864
768,2
10.6966,10
3
==⇒
y
V
(m
3

/h)

256,5
26.1,0 3600
378,3864.4
3600
4
22
0
===
ππ
ω
nd
V
h
y
(m/s)
n- số ống hơi trên mỗi đĩa (n=26)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 20
454 Minh Khai, Q. Hai Bà Trưng, Hà Nội
Đồ án KTTP II GVHD: Phạm Thị Thu Hoài
⇒

17,191
2
256,5.768,2
.5
2
.
2

2
===∆
o
y
k
P
ωρ
ξ
(N/m
2
)
b. Đoạn chưng.
g
ytb
=12,012.10
3
(kg/h)
874,2=
ytb
ρ
(kg/m
3
)
54,4179
874,2
10.012,12
3
==⇒
y
V

(m
3
/h)

68,5
26.1,0 3600
54,4179.4
3600
4
22
0
===
ππ
ω
nd
V
h
y
(m/s)
n- số ống hơi trên mỗi đĩa (n=26)
⇒

80,231
2
68,5.874,2
.5
2
.
2
2

===∆
o
y
k
P
ωρ
ξ
(N/m
2
)
2. Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt.
td
s
d
P
σ
4
=∆
, N/m
2
[IX-138] [II-192]
σ
- sức căng bề mặt
d
td
- đường kính tương đương của khe rãnh chóp
Khi rãnh chóp mở hoàn toàn:
π
x
td

f
d
4
=
[II-194]
Trong đó:
F
x:
diện tích tiết diện từ do của rãnh f
x
= h
r
.b
h
r
: chiều cao rãnh ,
mmh
r
5010 ÷=
chọn h
r
= 0,02 (m)
b : chiều rộng rãnh ,
mmb 72
÷=
chọn b = 0,004 (m)
π
: chu vi rãnh
⇒
f

x
=0,02.0 004=8.10
-5
(m
2
)
048,0)004,002,0.(2)(2 =+=+= bh
r
π
(m)
Vậy
0067,0
048,0
10.8.4
5
==
−
td
d
(m)
a. Đoạn luyện.
t= 90,0879
o
C,
3
10.12,10
−
=
σ
N/m

2
⇒
04,6
0067,0
10.12,10.44
3
===∆
−
td
s
d
P
σ
(N/m
2
)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 21
454 Minh Khai, Q. Hai Bà Trưng, Hà Nội
Đồ án KTTP II GVHD: Phạm Thị Thu Hoài
b. Đoạn chưng
t= 104,375
o
C,
3
10.301,9
−
=
σ
N/m
2

⇒
55,5
0067,0
10.301,9.44
3
===∆
−
td
s
d
P
σ
(N/m
2
)
3. Trở lưc của lớp chất lỏng trên đĩa.
)
2
(.
r
h
hgP
bbt
−=∆
ρ
N/m
2
[IX-139] [II-194]
Trong đó:
h

r
-chiều cao của khe rãnh, m h
r
= 0,02m
b
ρ
- khối lượng riêng của bọt, thường
x
ρρ
).6,04,0( ÷=
(kg/m
3
) chọn
xb
ρρ
5,0=
g- gia tốc trọng trường g= 9,81 m/s
2
h
b
- chiều cao lớp bọt trên đĩa (m)
b
bxchbxxxc
b
F
fhhfhfFhh
h
ρ
ρρρ
.

)())(( −++−−∆+
=
[IX-110] [II-185]
h
c
- chiều cao ống chảy chuyền lên trên đĩa (m)
hSbhh
c
∆−++= )(
1
[IX-219] [II-237]
h
1
- chiều cao mức chất lỏng trên khe chóp
mmh 4015
1
÷=
chọn h
1
=0,04m
b- chiều cao khe chóp (m)
mmb 5010
÷=
chọn b=0,02m
S- khoảng cách mặt đĩa tới chân chóp S=0,01m
h
∆
: chiều cao mức chất lỏng bên trên ống chảy chuyền
3
2

)
85,1.3600
(
c
d
V
h
π
=∆
[II-237]
Trong đó:
V : thể tích chất lỏng chảy qua (m
3
/h)
d
c
: đường kính ống chảy chuyền (m)
h
c
: Chiều cao lớp chất lỏng không bọt
F : phần bề mặt có gắn chóp (m
2
)
∆
: chiều cao lớp chất lỏng trên ống chảy
b
ρ
- khối clượng riêng của bọt (kg/m
3
)

xb
ρρ
5,0=
f
- tổng diện tích các chóp trên đĩa (m
2
)
ndf
ch
785,0
2
=
(m
2
) [II-185]
d
ch
- đường kính ngoài của chóp
22
)2(
chhhch
ddd
δ
++=
[IX-214] [II-236]
ch
δ
- chiều dày chóp
mm32 ÷=
δ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 22
454 Minh Khai, Q. Hai Bà Trưng, Hà Nội
Đồ án KTTP II GVHD: Phạm Thị Thu Hoài
Chọn
m002,0=
δ
d
h
: đường kính ống hơi (m) chọn d
h
= 0,1m
Thay số:
mh
ch
144,0)002,0.21,0(1,0
22
=++=
)(423,026.144,0.785,0
22
mf ==
a. Đoạn luyện.
52,801=
x
ρ
kg/m
3
76,40052,801.5,05,0 ===
x
b
ρρ

kg/m
3
3,13
52,801
10.6966,10
3
===⇒
l
xtb
l
xtb
l
g
V
ρ
(m
3
/h)
d
c
= 0,168m
Do đó:
)(024,0)
168,0.85,1.3600
3,13
(
3
2
mh ==∆=∆
π

046,0024,0)01,002,004,0( =−++=⇒
c
h
Chiều cao lớp chất lỏng trên đĩa
)(02,0
2
02,0
01,0
2
m
h
Sh
r
x
=+=+=
Chiều cao tháp chóp:
2
hhh
Hch
+=
h
H
- chiều cao ống dẫn hơi
h
H
= 1,2d
h
=1,2.0,1=0,12(m)
h
2

- chiều cao chóp phía trên ống dẫn hơi
h
2
= 0,25.d
h
=0,25.0,1=0,025(m)
)(145,0025,012,0 mh
ch
=+=⇒
Vậy phần bề mặt có gắn chóp
Cf
D
F
c
.2
4
2
−=
π
OABquatc
SSCf −=
L
c
chiều dài của chảy tràn
L
c
= AB = 1(m)
)(8,0
2
6,1

2
m
D
OBOA ====
)(624,05,08,0
2
22
2
2
m
AB
OAOH =−=






−=
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 23
454 Minh Khai, Q. Hai Bà Trưng, Hà Nội
Đồ án KTTP II GVHD: Phạm Thị Thu Hoài

360
.
4
6,1.
360
.
4

22
βπβπ
==
D
S
quat
625,0
8,0
5,0
2
sin ==
β
Vậy
0
36,77=
β
)(432,0
360
36,77
.
4
6,1.
2
2
mS
quat
==
π
625,0
8,0

5,0
2
sin ==
β
Vậy
0
36,77=
β
f
c
C= 0,432-0,312 = 0,12 (m
2
)
)(77,112,0.2
4
6,1.
2
2
mF =−=⇒
π
Do đó ta có
76,400.77,1
76,400.423,0).02,0145,0(423,0.76,400.02,052,801).423,077,1).(02,0024,0144,0( −++−−+
=
b
h
)(26,0 mh
b
=
Vậy

86,982
2
02,0
26,081,9.76,400 =






−=∆
l
t
P
(N/m
2
)
b. Đoạn chưng
799,783=
x
ρ
kg/m
3
90,391799,783.5,05,0 ===
x
b
ρρ
kg/m
3
325,15

799,783
10.012,12
3
===⇒
c
xtb
c
xtb
c
g
V
ρ
(m
3
/h)
d
c
= 0,25m
Do đó:
)(02,0)
25,0.85,1.3600
325,15
(
3
2
mh ==∆=∆
π
05,002,0)01,002,004,0( =−++=⇒
c
h

Vậy ta có:
)(11,0
90,391.77,1
90,391.423,0).02,0145,0(423,0.90,391.02,0799,783).423,077,1).(02,002,005,0(
mh
h
b
b
=
−++−−+
=
Vậy
45,384
2
02,0
11,081,9.90,391 =






−=∆
c
t
P
(N/m
2
)
Tổng trở lực của một đĩa:

- Đối với đoạn luyện
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 24
454 Minh Khai, Q. Hai Bà Trưng, Hà Nội
)(312,01.624,0
2
1
.
2
1
2
mABOHS
OAB
===⇒
)(432,0
360
36,77
.
4
6,1.
2
2
mS
quat
==
π
Đồ án KTTP II GVHD: Phạm Thị Thu Hoài
tsK
l
đ
PpPP ∆+∆+∆=∆

)/(07,118086,98204,617,191
2
mN=++=
- Đối với đoạn chưng
tSk
c
đ
PPPP ∆+∆+∆=∆

)/(32,61245,38448,539,222
2
mN=++=
CHƯƠNG IV
TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
I. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu
Phương trình cân bằng nhiệt lượng:
111 xqngFfD
QQQQQ ++=+
[II-196]
Q
D1
: Nhiệt lượng hơi đốt mang vào (J/h)
Q
f
: Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào (J/h)
Q
F
:Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra (J/h)
Q

ng1
: Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra (J/h)
Q
xq1
: Nhiệt lượng mất mát (J/h)
Chọn hơi đốt là hơi nước bão hòa ở áp suất p =2at , t
s
o
= (119,62
o
C)
1. Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào

)(
1111111
CrDDQ
D
θλ
+==
D
1
: Lượng hơi đốt (Kg/h)
λ
1
: Nhiệt lượng riêng của hơi đốt (J/kg)
θ =119,62
o
C : Nhiệt nước ngưng
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 25
454 Minh Khai, Q. Hai Bà Trưng, Hà Nội