Đồ án hóa công- Chưng tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền hỗn hợp rượi Etylic Nước

0
LễỉI Mễ ẹAU
Trong cụng nghip húa cht v thc phm cng nh nhiu quỏ trỡnh
sn xut u da trờn c s s tip xỳc gia cỏc pha v s di chuyn vt
cht t pha ny sang pha khỏc. Cỏc quỏ trỡnh vt cht di chuyn t pha
ny sang pha khỏc khi cú s tip xỳc gia cỏc pha gi l quỏ trỡnh truyn
cht. Vic nghiờn cu cỏc quỏ trỡnh truyn cht cng nh quy trỡnh cụng
ngh v thit b ca cỏc quỏ trỡnh l cụng vic cn thit ca mt k s
ngnh cụng ngh húa hc. Chớnh vỡ vy, cỏc k s tng lai ca lp Liờn
Thụng HCNH3 K III trng i hc Cụng nghip H Ni chỳng em, ó
c cỏc thy cụ trong khoa giao cho v hng dn lm ỏn mụn hc
Quỏ trỡnh & Thit b.
ỏn mụn Quỏ trỡnh & Thit b l mụn hc quan trng ca cỏc sinh
viờn ngnh cụng ngh hoỏ. Qua quỏ trỡnh lm ỏn mụn hc, ó giỳp em
bc u c vn dng cỏc kin thc cỏc thy cụ ó dy vo gii quyt
cỏc vn k thut thc t m cỏc k s tng lai cn bit.
Qua õy, em xin gi li cm n chõn thnh ti thy giỏo hng dn
cựng cỏc bn sinh viờn ó giỳp em hon thnh ỏn ny. Do thi gian cú
hn v s non nt v kinh nghim ca bn thõn nờn khụng th khụng cũn
thiu sút em rt mong c s gúp ý ca cỏc thy, cỏc cụ em cú th rỳt
ra c nhiu kinh nghim quý bỏu cho quỏ trỡnh hc tp, cụng tỏc v sau.
LễỉI Mễ ẹAU
Trong cụng nghip húa cht v thc phm cng nh nhiu quỏ trỡnh
sn xut u da trờn c s s tip xỳc gia cỏc pha v s di chuyn vt
cht t pha ny sang pha khỏc. Cỏc quỏ trỡnh vt cht di chuyn t pha
ny sang pha khỏc khi cú s tip xỳc gia cỏc pha gi l quỏ trỡnh truyn
cht. Vic nghiờn cu cỏc quỏ trỡnh truyn cht cng nh quy trỡnh cụng
ngh v thit b ca cỏc quỏ trỡnh l cụng vic cn thit ca mt k s
ngnh cụng ngh húa hc. Chớnh vỡ vy, cỏc k s tng lai ca lp Liờn
Thụng HCNH3 K III trng i hc Cụng nghip H Ni chỳng em, ó
c cỏc thy cụ trong khoa giao cho v hng dn lm ỏn mụn hc

Quỏ trỡnh & Thit b.
ỏn mụn Quỏ trỡnh & Thit b l mụn hc quan trng ca cỏc sinh
viờn ngnh cụng ngh hoỏ. Qua quỏ trỡnh lm ỏn mụn hc, ó giỳp em
bc u c vn dng cỏc kin thc cỏc thy cụ ó dy vo gii quyt
cỏc vn k thut thc t m cỏc k s tng lai cn bit.
Qua õy, em xin gi li cm n chõn thnh ti thy giỏo hng dn
cựng cỏc bn sinh viờn ó giỳp em hon thnh ỏn ny. Do thi gian cú
hn v s non nt v kinh nghim ca bn thõn nờn khụng th khụng cũn
thiu sút em rt mong c s gúp ý ca cỏc thy, cỏc cụ em cú th rỳt
ra c nhiu kinh nghim quý bỏu cho quỏ trỡnh hc tp, cụng tỏc v sau.
Em xin chõn thnh cm n!
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB
MỤC LỤC:
PHẦN I:
TỔNG QUAN.
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG.
I – SƠ LƯỢC VỀ CHƯNG LUYỆN:
II – THIẾT BỊ CHƯNG LUYỆN:
III – HỖN HỢP ETYLIC – NƯỚC:
CHƯƠNG II: THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ
I – SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ:
II – THUYẾT MINH LƯU TRÌNH:
PHẦN II:
TÍNH TOÁN THÁP CHƯNG LUYỆN.
CHƯƠNG I: CÂN BẰNG VẬT LIỆU.
I - CÂN BẰNG VẬT LIỆU TOÀN THIẾT BỊ.
II – XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ HỒI LƯU THÍCH HỢP & SỐ ĐĨA LÝ
THUYẾT.
CHƯƠNG II: TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP.
I – ĐƯỜNG KÍNH ĐOẠN LUYỆN:

II – ĐƯỜNG KÍNH ĐOẠN CHƯNG:
CHƯƠNG III: TÍNH SỐ ĐĨA THỰC TẾ THEO ĐƯỜNG CONG
ĐỘNG HỌC.
I. HỆ SỐ CẤP KHỐI:
II – HỆ SỐ CẤP KHỐI TRONG PHA LỎNG:
III – HỆ SỐ CHUYỂN KHỐI TRONG PHA HƠI:
IV - XÁC ĐỊNH SỐ ĐƠN VỊ CHUYỂN KHỐI ĐỐI VỚI MỖI ĐĨA
TRONG PHA HƠI:
CHƯƠNG IV: TÍNH TRỞ LỰC CỦA THÁP.
I – TRỞ LỰC CỦA ĐĨA KHÔ:
SV: Lê Văn Nụ
Lớp: CĐ-ĐH Hóa 3 K3
GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu
- -
2
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB
II – TRỞ LỰC DO SỨC CĂNG BỀ MẶT:
III – TRỞ LỰC THỦY TĨNH DO CHẤT LỎNG TRÊN ĐĨA TẠO RA:
IV – TỔNG TRỞ LỰC THUỶ LỰC CỦA THÁP:
CHƯƠNG V: TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
I - CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG THIẾT BỊ ĐUN NÓNG HỖN HỢP
ĐẦU:
II - CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CỦA THÁP CHƯNG LUYỆN:
III - CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CỦA THIẾT BỊ NGƯNG TỤ:
IV - CÂN BằNG NHIỆT LƯỢNG CỦA THIẾT BỊ LÀM LẠNH:
PHẦN III: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ.
I – CHỌN VẬT LIỆU LÀM THÂN THÁP
II – TÍNH ĐƯỜNG KÍNH CÁC ỐNG DẪN:
III – TÍNH ĐÁY VÀ NẮP THIẾT BỊ:
IV – KHỐI LƯỢNG ĐÁY VÀ NẮP THIẾT BỊ:

V – CHỌN BÍCH GHÉP:
VI – TÍNH GIÁ ĐỠ VÀ TAI TREO:
PHẦN IV : TÍNH THIẾT BỊ PHỤ.
CHƯƠNG I: THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐẦU.
I – BỀ MẶT TRUYỀN NHỆT CỦA THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN
HỢP ĐẦU:
II – SỐ ỐNG CỦA THIẾT BỊ GIA NHIỆT:
III – ĐƯỜNG KÍNH THIẾT BỊ GIA NHIỆT:
IV – SỐ NGĂN CỦA THIẾT BỊ GIA NHIỆT:
CHƯƠNG II: THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐÁY
I – BỀ MẶT TRUYỀN NHỆT CỦA THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN
HỢP ĐÁY:
II – SỐ ỐNG CỦA THIẾT BỊ GIA NHIỆT:
III – ĐƯỜNG KÍNH THIẾT BỊ GIA NHIỆT:
SV: Lê Văn Nụ
Lớp: CĐ-ĐH Hóa 3 K3
GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu
- -
3
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB
IV – SỐ NGĂN CỦA THIẾT BỊ GIA NHIỆT:
CHƯƠNG III: TÍNH BƠM VÀ THÙNG CAO VỊ.
I - CÁC TRỞ LỰC CỦA QUÁ TRÌNH CẤP LIỆU:
II – CHIỀU CAO THÙNG CAO VỊ SO VỚI ĐĨA TIẾP LIỆU:
III – TÍNH BƠM:
SV: Lê Văn Nụ
Lớp: CĐ-ĐH Hóa 3 K3
GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu
- -
4

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB
PHẦN I:TỔNG QUAN.
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG.
I – SƠ LƯỢC VỀ CHƯNG LUYỆN:
Trong công nghệ 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, li
tâm, trích li, chưng 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 tuỳ
thuộc vào hỗn hợp ban đầu, yêu cầu sản phẩm và điều kiện kinh tế.
Đối với hỗn hợp Etylic và Nước là hai cấu tử tan hoàn toàn vào nhau theo
bất kỳ tỷ lệ nào có nhiệt độ sôi khác biệt nhau thì phương án tối ưu để tách hỗn
hợp trên là chưng cất.
Chưng 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 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 lớn và một phần
rất ít các cấu tử có độ bay hơi nhỏ.
 Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi nhỏ và một phần rất
ít cấu tử có độ bay hơi lớn.

Đối với hệ Etylic - Nước thì:
SV: Lê Văn Nụ
Lớp: CĐ-ĐH Hóa 3 K3
GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu
- -
5
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB
• Sản phẩm đỉnh chủ yếu là Etylic.
• Sản phẩm đáy chủ yếu là Nước.
Có nhiều cách để phân loại các phương pháp chưng:
Theo áp suất làm việc:
- Áp suất thấp.
- Áp suất thường.
- Áp suất cao.
Theo nguyên lý làm việc:
- Chưng gián đoạn.
- Chưng bằng hơi nước trực tiếp.
- Chưng liên tục.
Theo phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp:
- Cấp nhiệt trực tiếp.
- Cấp nhiệt gián tiếp.
II – THIẾT BỊ CHƯNG LUYỆN:
Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp nhưng chúng đều có một
yêu cầu cơ bản là diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn ,điều này phụ thuộc vào
độ phân tán của lưu chất này vaò lưu chất kia .
Tháp chưng luyện rất phong phú về kích cỡ và ứng dụng, các tháp lớn nhất
thường được ứng dụng trong công nghiệp lọc hoá dầu. Kích thước của tháp :
đường kính tháp và chiều cao tháp tuỳ thuộc lưu lượng pha lỏng, pha khí của tháp
và độ tinh khiết của sản phẩm. Trong chưng luyện, hai loại tháp được dùng chủ
yếu là tháp đệm và tháp đĩa.

Tháp đĩa: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các đĩa để
chia thân tháp thành những đoạn bằng nhau, trên đĩa pha lỏng và pha hơi đựơc cho
tiếp xúc với nhau. Tùy theo cấu tạo của đĩa, ta có:
* Tháp đĩa có ống chảy chuyền và không có ống chảy chuyền.
* Tháp đĩa lỗ(lưới), tháp chóp, tháp supap và một số dạng khác.
SV: Lê Văn Nụ
Lớp: CĐ-ĐH Hóa 3 K3
GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu
- -
6
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB
Tháp đệm: tháp hình trụ, gồm nhiều đoạn nối với nhau bằng mặt bích
hay hàn. Đệm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên
hay xếp thứ tự.
III – HỖN HỢP ETYLIC – NƯỚC:
1. Etylic:
- Etylic là chất lỏng linh động không màu và có thể hòa tan vô hạn trong
nước. Nhiệt độ sôi của nó là 78.4
0
C, Etylic được ứng dụng rất nhiều trong công
nghiệp, đời sống hàng ngày. Etylic là sản phẩm của quá trình lên men hoặc quá
trình tổng hợp khác.
2. Nước:
Nước là chất lỏng linh động, khối lượng phân tử 18 (kg/kmol), nhiệt độ sôi
100
0
C, khối lượng riêng 1000(kg/m
3
).
Hai chất lỏng này có độ bay hơi khác nhau. Ở đây Etylic bay hơi trước do

nhiệt độ sôi của nó thấp hơn của Nước. Hỗn hợp ăn mòn yếu nên trong quá trình
lựa chọn thiết bị để chưng luyện thì ta nên sử dụng loại thép cácbon thường để
tránh lãng phí.
*KẾT LUẬN: Với hỗn hợp Etylic – Nước, trong bài này ta sử dụng
phương pháp chưng luyện liên tục ở áp suất thường sử dụng tháp đĩa lỗ có ống
chảy chuyền.
Hỗn hợp đầu có năng suất: F = 9,0 ( tấn/h) = 9000 (kg/h).
Nồng độ hỗn hợp đầu : a
F
= 0,32 phần khối lượng.
Nồng độ sản phẩm đỉnh : a
P
= 0,83 phần khối lượng.
Nồng độ sản phẩm đáy : a
W
= 0,005 phần khối lượng.
Loại tháp: Tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền
- Tháp làm việc ở áp suất thường là 1 (atm)
- Hỗn hợp đầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi
- Tổng tiết diện của lỗ hoặc rãnh chiếm từ 8 – 15% tiết diện tháp.
- Đường kính lỗ từ 3 – 8 mm
- Đĩa được lắp cân bằng cũng có thể lắp đĩa xiên một góc với độ dốc 1/45
÷ 1/50
SV: Lê Văn Nụ
Lớp: CĐ-ĐH Hóa 3 K3
GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu
- -
7
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB
Tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền hoạt động với hiệu suất cao ổn định. Khắc phục

được nhược điểm của các loại tháp khác.
SV: Lê Văn Nụ
Lớp: CĐ-ĐH Hóa 3 K3
GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu
- -
8
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB
CHƯƠNG II: THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ
I. SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ:
SV: Lê Văn Nụ
Lớp: CĐ-ĐH Hóa 3 K3
GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu
- -
9
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB
Hệ thống thiết bị công nghệ chưng luyện liên tục tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền
tổng quát gồm có :
(1) : Bơm ly tâm.
(2) : Thùng cao vị.
(3) : Thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu dùng để đưa hỗn hợp đầu tới nhiệt độ
làm việc. Sử dụng thiết bị loại ống chùm, dùng hơi nước bão hoà để đun
nóng vì nó có hệ số cấp nhiệt lớn, ẩn nhiệt ngưng tụ cao. Hơi nước bão hoà đi
ngoài ống, lỏng đi trong ống.
(4) : Lưu lượng kế.
(5): Tháp chưng luyện: gồm có 2 phần : phần trên gồm từ trên đĩa tiếp liệu
trở lên đỉnh gọi là đoạn luyện, phần dưới gồm từ đĩa tiếp liệu trở xuống gọi là
đoạn chưng.
(6): Thiết bị ngưng tụ hoàn toàn sản phẩm đỉnh, nước lạnh đi trong ống.
(7) : Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh.
(8) : Thùng chứa sản phẩm đỉnh.

(9) : Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đáy. Bộ phận đun bốc hơi đáy tháp, có thể đặt
trong hay ngoài tháp.
(10) : Thiết bị tách nước ngưng.
(11) : Thùng chứa hỗn hợp đầu.
(12) : Bộ phận phân phối lỏng.
(13) : Van xả khí không ngưng.
(14) : Thùng chứa sản phẩm đáy.
II – THUYẾT MINH LƯU TRÌNH:
Hỗn hợp Etylic, Nước từ thùng chứa (11) được bơm vào thùng cao vị (2)
nhờ bơm (1) rồi dẫn xuống thiết bị đun nóng (3). Sự có mặt của thùng cao vị đảm
bảo cho lượng hỗn hợp đầu vào tháp không dao động, trong trường hợp công suất
bơm quá lớn hỗn hợp đầu sẽ theo ống tuần hoàn tràn về bể chứa hỗn hợp đầu. Ở
(3) dung dịch được đun nóng đến nhiệt độ sôi bằng hơi nước bão hoà. Ra khỏi
thiết bị đun nóng, dung dịch đi vào tháp chưng luyện (1) ở vị trí đĩa tiếp liệu. Do
đã được đun nóng đến nhiệt độ sôi nên tại đây Etylic thực hiện quá trình chuyển
SV: Lê Văn Nụ
Lớp: CĐ-ĐH Hóa 3 K3
GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu
- -
10
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB
khối từ pha lỏng sang pha hơi và tiến về đỉnh tháp. Nước là cấu tử khó bay hơi ở
nhiệt độ này nó vẫn đang ở thể lỏng và phân phối xuống dưới. Như vậy trong tháp,
hơi Etylic đi từ dưới lên gặp lỏng Nước đi từ trên xuống. Vì nhiệt độ càng lên càng
thấp nên khi hơi Etylic đi từ dưới lên có mang theo một phần cấu tử Nước, cấu tử
có nhiệt độ sôi cao sẽ ngưng tụ lại và cuối cùng ở trên đỉnh ta thu được hỗn hợp
gồm hầu hết cấu tử Etylic dễ bay hơi. Hơi Etylic vào thiết bị ngưng tụ (6) được
ngưng tụ lại. Một phần chất lỏng ngưng đi qua thiết bị làm lạnh (7) đến nhiệt độ
cần thiết rồi đi vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (8). Một phần khác hồi lưu về tháp ở
đĩa trên cùng để tăng mức độ tách.

Tương tự quá trình dịch chuyển của Etylic, Nước sẽ kéo theo 1 phần cấu tử
và càng xuống thấp nhiệt độ của tháp càng tăng khi chất lỏng Nước đi từ trên
xuống gặp hơi Etylic có nhiệt độ cao hơn, một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp
được bốc hơi và do đó nồng độ Nước khó bay hơi trong chất lỏng ngày càng tăng.
Cuối cùng ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng gồm hầu hết là Nước khó bay hơi.
Chất lỏng ở đáy tháp khi ra khỏi tháp được làm lạnh rồi đưa vào thùng chứa sản
phẩm đáy (14). Để tiết kiệm hơi đốt người ta có thể dùng hơi ở đỉnh tháp để đun
nóng hỗn hợp ban đầu. Tháp chưng luyện làm việc ở chế độ liên tục, hỗn hợp đầu
vào và sản phẩm được lấy ra liên tục.
III. CHẾ ĐỘ THỦY ĐỘNG CỦA THÁP ĐĨA LỖ CÓ ỐNG CHẢY CHUYỀN:
Tùy thuộc vào vận tốc dòng khí, trong tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền có các chế
độ chuyển động sau đây:
Ở vận tốc khí bé, khí qua lỏng ở dạng từng bong bóng riêng lẻ nên tháp làm việc ở
chế độ sủi bong bóng. Lúc này chất lỏng vừa đi qua ống chảy chuyền vừa cùng bọt
qua lỗ đĩa.
Nếu tăng vận tốc lên thì khí đi qua lỏng thành tia liên tục. Khi đó tháp làm việc ở
chế độ dòng, chất lỏng không lọt qua lỗ đĩa được. Ở chế độ này tháp làm việc đều
đặn.
Tiếp tục tăng vận tốc khí lên nữa, tháp chuyển sang chế độ bọt, tức là khí hòa với
lỏng tạo thành bọt. Lúc này lớp chất lỏng ở trên đĩa không còn nữa, mà chỉ có bọt
linh động và xoáy mạnh. Vì vậy, ở chế độ này đĩa làm việc tốt nhất. Nếu tiếp tục
tăng vận tốc lên, trong tháp có hiện tượng bắn chất lỏng.
Đối với loại đĩa này ta thường cho tháp làm việc ở chế độ dòng hoặc bọt.
SV: Lê Văn Nụ
Lớp: CĐ-ĐH Hóa 3 K3
GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu
- -
11
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB
Ưu điểm của của tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền:

- Hiệu suất cao vì bề mặt tiếp xúc pha lớn
- Cấu tạo tháp đơn giản, dễ lắp đặt sửa chữa.
- Trở lực trong tháp không lớn lắm
- Giới hạn làm việc tương đối rộng
Nhược điểm :
Yêu cầu lắp đặt cao: : mâm lắp phải rất phẳng , đối với những tháp có
đường kính quá lớn (>2.4m) ít dùng mâm xuyên lỗ vỡ khi đó chất lỏng phân
phối không đều trên mâm
SV: Lê Văn Nụ
Lớp: CĐ-ĐH Hóa 3 K3
GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu
- -
12
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB
PHẦN II:
TÍNH TOÁN THÁP CHƯNG LUYỆN.
CHƯƠNG I:
CÂN BẰNG VẬT LIỆU.
I - CÂN BẰNG VẬT LIỆU TOÀN THIẾT BỊ:
1. Thông số ban đầu :
Gọi :
F : Lưu lượng hỗn hợp đầu; kg/h, kmol/h.
P : Lưu lượng sản phẩm đỉnh; kg/h, kmol/h.
W : Lưu lượng sản phẩm đáy; kg/h, kmol/h.
a
F
: Nồng độ hỗn hợp đầu, % khối lượng.
a
P
:

Nồng độ sản phẩm đỉnh, % khối lượng.
a
W
: Nồng độ sản phẩm đáy, % khối lượng.
x
F
: Nồng độ hỗn hợp đầu, % mol.
x
P
: Nồng độ hỗn hợp đỉnh, % mol.
x
W
: Nồng độ hỗn hợp đầu, % mol.
M : Khối lượng phân tử, kg/kmol.
Để thuận tiện trong quá trình tính toán ta ký hiệu :
Etylic : A, và có M
A
= 46 (kg/kmol).
Nước : B, và có M
B
= 18 (kg/kmol).
2. Tính cân bằng vật liệu:
Phương trình cân bằng vật viết cho toàn tháp:
F = P + W (1)
Phương trình cân bằng vật liệu viết cho cấu tử nhẹ:
F.a
F
= P.a
P

+ W.a
W
(2)
Từ (1) và (2) suy ra:
Tính nồng độ phần mol của cấu tử Etylic:
♦ Thành phần mol trong hỗn hợp đầu:
x
F
=
N
F
E
F
E
F
M
a
M
a
M
a
−
+
1
=
18
32,01
46
32,0
46

32,0
−
+
= 0,1555 phần mol
SV: Lê Văn Nụ
Lớp: CĐ-ĐH Hóa 3 K3
GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu
- -
13
P W F W P F
F P W
a a a a a a
= =
− − −
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB
♦ Thành phần mol trong sản phẩm đỉnh:
x
P
=
18
83,01
46
83,0
46
83,0
1 −
+
=
−
+

N
P
E
P
E
P
M
a
M
a
M
a
= 0,6564 phần mol
♦ Thành phần mol trong sản phẩm đáy:
x
W
=
N
W
E
W
E
W
M
a
M
a
M
a
−

+
1
=
18
005,01
46
005,0
46
005,0
−
+
= 0,00196 phần mol
Hệ phương trình cân bằng vật liệu:
•Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp :
F = P + W ; (1)
•Đối với cấu tử dễ bay hơi (etylic) :
Fa
F
= Pa
p
+ Wa
w
( 2)
• Thay (1) vào (2) rút ra :
• Lượng sản phẩm đỉnh :
P = F . = 9000 .
005.083.0
005.032.0
−
−

= 3436.3636 (kg/h)
• Từ đó suy ra lượng sản phẩm đáy :
W = F – P = 9000 – 3436.3636 = 5563.6364 ( kg/h)
Xác định thành phần mol:
G
F
= F . (
B
F
A
F
M
a
M
a −
+
1
)
= 9000 . (
18
32.01
46
32.0 −
+
) = 402.609 ( kmol/ h )
G
P
= G
F
. (

wP
W
F
xx
xx
−
−
) = 402.609 . (
00196,06564,0
00196,01555,0
−
−
)
= 94.457 ( kmol/ h)
G
W
= G
F
- G
P
= 402.609 – 94.457 = 308.152 ( kmol / h )
Như vậy ta có bảng tổng kết thành phần sản phẩm như sau:
SV: Lê Văn Nụ
Lớp: CĐ-ĐH Hóa 3 K3
GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu
- -
14
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB
II – XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ HỒI LƯU THÍCH HỢP & SỐ ĐĨA LÝ THUYẾT:
1.Phương trình đường làm việc của đoạn chưng, đoạn luyện

Để đơn giản cho việc thiệt lập đường làm việc của đoạn chưng đoạn luyện.
Ta giả thiết:
- Dòng mol pha hơi đi từ dưới lên không đổi trên toàn bộ chiều cao của tháp.
Dòng mol pha lỏng đi từ trên xuống không đổi trong đoạn chưng và đoạn
luyện. Tức thỏa mãn điều kiện sau:
+Nhiệt hóa hơi mol của các cấu tử bằng nhau theo công thức kinh
nghiệm của Trouton: r/ T = 21 kcal/ kmol = const.
+ Không có nhiệt hòa tan ∆Q= 0.
+ Sự sai khác về nhiệt lượng riêng của nhiệt độ sôi trên các tiết diện
khác nhau của tháp được bỏ qua.
+ Hỗn hợp đầu vào tháp ở nhiệt độ sôi.
- Chất lỏng đi ra khỏi thiết bị ngưng tụ có thành phần bằng thành phần đi ra
khỏi đỉnh tháp.
- Hơi bốc lên từ đáy tháp có nồng độ bằng nồng độ sản phẩm đáy.
a) Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện :
- Phương trình cân bằng vật liệu:
D
0
= L
0
+ P
Trong đó: D
o
là lượng hơi trên đoạn luyện.
L
o
là lượng lỏng trên đoạn luyện.
- Phương trình cân bằng vật liệu cho cấu tử dễ bay hơi là.
D
o

y = L
o
x + Px
p
SV: Lê Văn Nụ
Lớp: CĐ-ĐH Hóa 3 K3
GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu
- -
Nồng độ
phần
khối lượng
Nồng độ
phần mol
Lưu lượng
(kg/h)
Lưu lượng
(kmol/h)
Hỗn hợp đầu
0,32 0,1555 9000 402,609
Sản phẩm đỉnh
0,83 0,6564 3436,3636 94,457
Sản phẩm đáy
0,005 0,00196 5563,6364 308,152
15
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB
 (L
o
+ P) y = L
o
x + Px

p

y = x
L
o
L P
o
+
+ x
p
P
P
L P+
Đặt L
o
/ P = R( chỉ số hồi lưu)
=>
b) Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng.
- Phương trình cân bằng vật liệu:
D
u
= L
u
– W
Trong đó: D
u
là lượng hơi trên đoạn chưng.
L
u
là lượng lỏng trên đoạn chưng.

- Phương trình cân bằng vật liệu cho cấu tử dễ bay hơi:
D
u
y
’
= L
u
x
’
- Wx
w

=> ( L
u
– W)y
'
= L
u
x
'
- W x
w

Mà L
u
= L
o
+ F = L
o
+ P+ W

và W= F – P
=> ( L
o
+P) y
'

= ( F + L
o
) x
'
- ( F – P) x
w

=> y
'
=
W
x
PL
PF
x
PL
FL
+
−
−
+
+
00
0

Đặt : R= L
o
/ P, f= F/P → L
o
= R.P
=>
3. Xác định chỉ số hồi lưu R
min
:
Dựng đường cân bằng theo số liệu đường cân bằng sau:
Theo bảng IX.2a – Sổ tayII – Trang 147
X 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Y 0 33,2 44,2 53,1 57,6 61,4 65,4 69,9 75,3 81,8 89,8 100
SV: Lê Văn Nụ
Lớp: CĐ-ĐH Hóa 3 K3
GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu
- -
16
y =
R
R 1+
x +
1
R 1+
x
p
y
'
=
R f

R 1
+
+
x -
f 1
R 1
−
+
x
w
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB
T
0
c 100 90,5 86,5 83,2 81,7 80,8 80 79,4 79 78,6 78,4 78,4
* Từ đường cân bằng lỏng (x) – hơi (y) với x
F
= 0.1555
→ y
*
F
= 0.50 phần mol
→
FF
Fp
xy
yx
R
−
−
=

*
*
min
[III-81]
→
454,0
1555.050.0
50.06564.0
*
*
min
=
−
−
=
−
−
=
FF
Fp
xy
yx
R
Trong đó:
x
P
_nồng độ phần mol của Etylic trong pha lỏng ở sản phẩm đỉnh
x
F
_ nồng độ phần mol của Etylic trong pha lỏng ở hỗn hợp đầu.

y
*
F
_nồng độ phần mol của Etylic trong pha hơi nằm cân bằng pha lỏng
ở hỗn hợp đầu.
3. Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp Rth:
Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp dựa vào điều kiện thể tích tháp nhỏ nhất
tức là tương đương với N
lt
(R
x
+1) nhỏ nhất (N
lt
: Số bậc thay đổi nồng độ lý thuyết)
R
X
= β R
min
với b là hệ số β = 1,2  2,5
Vấn đề chọn chỉ số hồi lưu thích hợp rất quan trọng, nếu lượng hồi lưu quá
bé thì tháp sẽ vô cùng cao, điều này rất khó thực hiện, nếu lượng hồi lưu lớn thì
SV: Lê Văn Nụ
Lớp: CĐ-ĐH Hóa 3 K3
GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu
- -
17
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB
tháp có thấp đi nhưng đường kính lại lớn, sản phẩm đỉnh thu được chẳng bao
nhiêu.
Xác định R

X
thích hợp theo số bậc thay đổi nồng độ được tiến hành như sau :
Cho nhiều giá trị R
X
lớn hơn giá trị R
min
với R
X
= (1,2  2,5) R
min
. Với mỗi giá
trị trên, ta xác định được đường nồng độ làm việc của đoạn chưng, đoạn luyện hay
nói đơn giản là xác định được tung độ của đường nồng độ làm việc của đoạn luyện
với trục tung có toạ độ là B, với:
P
X
x
B
R 1
=
+
Từ đó, ta xác định đường làm việc của đoạn chưng và đoạn luyện và vẽ đồ thị
ta sẽ xác định được số đĩa lý thuyết ứng với từng giá trị β, R
x
.
 Với R
X1
= 0,5448
Phương trình đoạn luyện : y = 0.3527x + 0.4249
Phương trình đoạn chưng: y = 3.1116x – 0.004

Có 10 đĩa trong đó đoạn luyện 5, đoạn chưng 6.
 Với R
X2
= 0.6356
Phương trình đoạn luyện : y = 0.3886x + 0.401
Phương trình đoạn chưng: y = 2.994x – 0.004
Có 9 đĩa trong đó đoạn luyện 4, đoạn chưng 6.
 Với R
X3
= 0.73
Phương trình đoạn luyện : y = 0.422x + 0.38
Phương trình đoạn chưng: y = 2.89x -0.0037
Có 8 đĩa trong đó đoạn luyện 4, đoạn chưng 5.
 Với R
X4
= 0.8172
Phương trình đoạn luyện : y = 0.45x + 0.361
Phương trình đoạn chưng: y = 2.795x -0.0035
Có 7 đĩa trong đó đoạn luyện 3, đoạn chưng 5.
 Với R
X5
= 0.908
Phương trình đoạn luyện : y = 0.476x + 0.344
Phương trình đoạn chưng: y = 2.71x -0.0034
Có 7 đĩa trong đó đoạn luyện 3, đoạn chưng 5.
 Với R
X6
= 1,091
SV: Lê Văn Nụ
Lớp: CĐ-ĐH Hóa 3 K3

GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu
- -
18
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB
Phương trình đoạn luyện : y = 0.5x + 0.328
Phương trình đoạn chưng: y = 2.631x -0.0032
Có 6 đĩa trong đó đoạn luyện 3, đoạn chưng 5.
 Với R
X7
= 1,098
Phương trình đoạn luyện : y = 0.52x + 0.314
Phương trình đoạn chưng: y = 2.561x -0.0031
Có 6 đĩa trong đó đoạn luyện 3, đoạn chưng 4.
Từ các phương trình làm việc trên ta vẽ đồ thị biểu diễn quan hệ x –y để tìm
được số đĩa lý thuyết tương ứng với từng giá trị Rx.
*Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết :
SV: Lê Văn Nụ
Lớp: CĐ-ĐH Hóa 3 K3
GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu
- -
19
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB
SV: Lê Văn Nụ
Lớp: CĐ-ĐH Hóa 3 K3
GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu
- -
20
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB
SV: Lê Văn Nụ
Lớp: CĐ-ĐH Hóa 3 K3

GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu
- -
21
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB
SV: Lê Văn Nụ
Lớp: CĐ-ĐH Hóa 3 K3
GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu
- -
22
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB
* Số đĩa lý thuyết N
lt
và chỉ số hồi lưu R
x
được tổng hợp trong bảng sau :
β
1,2 1,4 1,6
1,7 1,8 1,9 2,0 2,2 2,4
R
x
0.5448 0.6356 0.73
0,772 0.8172 0.8626 0.908 1,091 1,098
N
lt
10 9 8
8 7 7 7 6 6
N
lt
(R
x

+1) 15,5448 14,7204 13,84 14,176 12,2704 13,038
2
13,356 12,656 12,858
Từ các giá trị tìm được ở bảng trên, ta xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa
R
x
– N
lt
(R
x
+1)
Vẽ đồ thị mối liên hệ giữa R
x
&N
lt
(R
x
+1):
Để xác định chỉ số hồi lưu thích hợp người ta xác định chỉ số hồi lưu từ điều kiện
thể tích tháp nhỏ nhất ( không tính đến các chỉ tiêu kinh tế vận hành). Mặt khác dễ
dàng nhận thấy thể tích làm việc của tháp tỉ lệ với tích số N
lt
(R
x
+1).Từ đồ thị trên,
điểm cực tiểu của đường vẽ được sẽ cho ta giá trị thể tích thiết bị bé nhất và ứng
với điểm đó sẽ có chỉ số hồi lưu thích hợp.
SV: Lê Văn Nụ
Lớp: CĐ-ĐH Hóa 3 K3
GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu

- -
23
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB
Mà N
lt
(R
x
+1) = 12,2704 là giá trị nhỏ nhất, ứng với giá trị nhỏ nhất đó thì R
x
=
0.8172
Vậy chỉ số hồi lưu thích hợp R
th
= 0.8172 và số đĩa lý thuyết N
lt
= 7
Vẽ đồ thị đường làm việc ứng với R
th
:
4. Phương trình đường nồng độ làm việc
SV: Lê Văn Nụ
Lớp: CĐ-ĐH Hóa 3 K3
GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu
- -
24
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB
4.1.Đoạn luyện
11
+
+

+
=
th
P
th
th
R
x
x
R
R
y
[III- 78]
*Thay số :
361.045.0
18172.0
6564.0
18172.0
8172.0
+=
+
+
+
=
xxy
Trong đó:
y: Là nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi đi từ dưới lên.
x: Là nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng chảy từ trên xuống.
R
th

: Là chỉ số hồi lưu thích hợp.
4.2. Đoạn chưng
- Lượng sản phẩm đầu trên một đơn vị sản phẩm đỉnh :
262.4
457.94
609.402
===
P
F
G
G
f
( kmol h
2
đầu / kmol sản phẩm đỉnh );
+Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng :
0035.0795.200196.0
18172.0
1262.4
18172.0
262.48172.0
1
1
1
−=×
+
−
−
+
+

=
+
−
−
+
+
=
xxx
R
f
x
R
fR
y
w
thth
th
* Nhiệt độ sôi
- Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu t
o
F
: từ x
F
= 0.1555 theo bảng t-x, nội suy t
o
F
=
84.67
o
C

- Nhiệt độ hơi tại đỉnh tháp t
o
P
: từ x
p
= 0.6564 theo bảng t –y nội suy t
o
P
= 79.18
- Nhiệt độ sôi của sản phẩm đáy t
o
w
: Từ x
w
= 0.00196 theo bảng t- x nội suy t
o
w
=
99.63
o
C
SV: Lê Văn Nụ
Lớp: CĐ-ĐH Hóa 3 K3
GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu
- -
25