THIẾT kế THÁP CHƯNG cất BENZEN – TOLUEN với NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 21600 KG TRÊN h

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU
KHOA HOÁ HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT BENZEN – TOLUEN VỚI NĂNG
SUẤT NHẬP LIỆU 21600 KG/H
GVHD: NGUYỄN QUỐC HẢI
Lớp: DH10H1
Sinh Viên: Trần Trí Hiến
Nguyễn Văn Cường
Lê Quang Kiên
Vũng tàu, ngày 02 tháng 05 năm 2012
LỜI CÁM ƠN
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Nguyễn Quốc Hải
Đề tài này được hoàn thành là kết quả của một quá trình làm việc miệt mài và thực
sự nghiêm túc của hai thành viên trong nhóm “ thiết kế tháp chưng cất mâm chóp”, cùng
với sự giúp đỡ tận tình của các Giảng viên Khoa Hoá Học và Công Nghệ Thực Phẩm.
Chúng tôi xin chân thành cám ơn Ban Giám Hiệu và các thầy cô đã tạo điều kiện
cho sinh viên được mở rộng vốn kiến thức còn hạn hẹp trong sách vở bằng những kiến
thức quý báu. Đặc biệt nhóm thực hiện Báo cáo xin chân thành cám ơn thầy Nguyễn
Thanh Thiện đã dành nhiều thời gian để động viên, hướng dẫn nhóm trong suốt thời gian
làm đề tài này.
Khả năng tiếp thu kiến thức và kinh nghiệm bản than có giới hạn, thời gian tìm
hiểu và nghiên cứu đề tài không nhiều, cho nên bài báo cáo này không tránh khỏi thiếu
sót ngoài ý muốn. Chúng tôi rất mong muốn nhận được sự nhận xét, chỉ bảo chân thành
từ các thầy cô nhằm giúp cho bài báo cáo này trở nên hoàn thiện hơn, bên cạnh đó giúp
cho kiến thức của nhóm được củng cố hơn, tạo điều kiện tốt cho công tác của chúng tôi
sau này.
Chúng tôi xin chân thành cám ơn!
LỜI MỞ ĐẦU
Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển và cùng với nó là nhu cầu ngày càng cao

về độ tinh khuyết của các sản phẩm. Vì thế, các phương pháp nâng cao độ tinh khuyết
luôn luôn được cải tiến và đổi mới để ngày càng hoàn thiện hơn như là: Cô đặc, hấp thụ,
DH10H1 Trang 2
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Nguyễn Quốc Hải
chưng cất, trích ly Tuỳ theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương
pháp phù hợp. Đối với hệ Benzen – Toluen là hai cấu tử tan lẫn vào nhau, ta dùng phương
pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khuyết của Benzen.
Đồ án môn học Quá trình thiết bị là một môn học mang tính tổng hợp trong quá
trình tổng hợp trong quá trình học tập của các kĩ sư Công nghệ Hoá Học trong 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 hoá 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 kĩ thuật thực tế một cách tổng quát.
Nhiệm vụ của Đồ án là thiết kế hệ thống chưng cất Benzen – Toluen. Loại tháp mâm
chóp có năng suất nhập liệu là 21600 kg/h, nồng độ nhập liệu là 37% (kg Benzen/kg hỗn
hợp), nồng độ sản phẩm đỉnh là 97,5% (kg Benzen/kg hỗn hợp), nồng độ sản phẩm đáy là
1,8%(kg Benzen/kg hỗn hợp).
Cồn thô: năng suất nguyên liệu đầu vào là 21600kg/h.
Nồng độ dd đầu: 37%(kl)
Nồng độ sản phẩm đáy: 1,8%(kl)
Sản phẩm đỉnh có độ thu hồi là 90%
DH10H1 Trang 3
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Nguyễn Quốc Hải
CHƯƠNG I: TÔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1 Nguyên vật liệu quá trình chưng cất
Nguyên liệu cho quá trình chưng cất hệ Benzen –Toluen là hỗn hợp sản phẩn của
quá trình sản xuất Benzen từ quá trinh hidrodealky hóa Toluen. Để thu được benzen có độ
tinh khiết cao.
1.2 Sản phẩm
Sản phẩm của quá trình chưng cất Benzen –Toluen ta mong muốn thu được

là:Benzen tinh khiết nồng độ đạt 97,5%.
Benzen: là một hợp chất mạch vòng, ở dạng lỏng không màu và có mùi thơm nhẹ. Công
thức phân từ là C
6
H
6
. Benzen không phân cực, vì vậy tan tốt trong các dung môi hữu cơ
không phân cực và tan ít trong nước.
Các tính chất vật lí của benzen:
• Khối lượng phân tử: 78,11
• Tỉ trọng (20
0
C): 0,879
• Nhiệt độ sôi: 80
0
C
• Nhiệt độ nóng chảy: 5,5
0
C
Tính chất hóa học của benzen:
Về thành phần , benzen thuộc loaaj hidrocacbon vòng không no liên hợp , nhưng
khác với hidrocacbon thuộc dãy etylen, benzen thể hiện tính chất vốn có của hidrocacbon
no. chẳng hạn benzen bền vững với tác dụng của các chất oxy hóa, dễ tham gia phản ứng
thê hơn phản ứng cộng,v.v… sở dĩ benzen và những hợp chất thơm khác có tính chất đặc
biệt này là vì nhân benzen tương đối bền vững với các phản ứng hóa học
Benzen có vai trò quan trọng trong thực tế là nguyên liệu đầu cho nhiều ngành
công nghiệp hưu cơ. Sản xuất thuốc trừ sâu, thuốc kích thích tăng trưởng , ngành công
nghiệp nhuộm, keo dán…
Ngoài ra benzen còn được sử dụng làm dung môi trong phòng thí nghiệm, sản xuất
kháng sinh aspirin , tơ nhân tạo và thủy tinh hữu cơ.

DH10H1 Trang 4
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Nguyễn Quốc Hải
Toluen: Là một hợp chất mạch vòng, ở dạng lỏng không màu và có tính thơm.
Công thức phân từ là C
6
H
5
-CH
3
. Toluen không phân cực, vì vậy tan tốt trong các dung
môi hữu cơ không phân cực và tan ít trong nước. Toluen sau khi chưng tách sẽ hồi lưu lại
để tiếp tục quy trình hidrodealkyl hóa toluen để sản xuất benzen.
Các tính chất vật lí của Toluen:
• Khối lượng phân tử: 92,13
• Tỉ trọng (20
0
C): 0,866
• Nhiệt độ sôi: 111
0
C
• Nhiệt độ nóng chảy: -95
0
C
1.3 Cơ sở lý thuyết của quá trình
1.3.1 Khái niệm chưng cất
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 riệng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau cùa các cấu tử
trong hỗn hợp (nghĩa là khi ở cùng một 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 một 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 có gì khác 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 thì có hai cấu tử thì ta thu được hai sản phẩm:
• Sản phẩm chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần rất ít các cấu tử có
độ bay hơi bé.
• Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất ít cấu tử có
độ bay hơi lớn.
DH10H1 Trang 5
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Nguyễn Quốc Hải
Đối với hệ Benzen – Toluen
• Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm Benzene và một ít Toluen.
Sản phẩm đáy chủ yếu là Toluen và một ít Benzen.
1.3.2 Phương pháp chưng cất
a. Phân loại theo áp suất làm việc
- Áp suất thấp
- Áp suất thường
- Áp suất cao
b. Phân loại theo nguyên lý làm việc
- Chưng cất đơn giản
- Chưng bằng hơi nước trực tiếp
- Chưng cất
c. Phân loại theo 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.
1.3.3 Thiết bị chưng cất
Trong sản suất , người ta thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để tiến hành
chưng cất. Tuy nhiên, yêu cầu cơ bản của các thiết bị 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 phân tán vào pha lỏng ta có các loại tháp mâm, nếu pha lỏng phân
DH10H1 Trang 6
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Nguyễn Quốc Hải
tán vào pha khí ta có tháp chêm, tháp phun, Ở đây ta khảo sát hai 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. Tuỳ
theo cấu tạo của đĩa, ta có:
• Tháp mâm chóp: Trên mâm bố trí có chóp dạng tròn, xupap, chữ s, có rãnh
xung quanh để pah khí đi qua và ống chảy chuyền có hình tròn.
• Tháp mâm xuyên lỗ: Trên mâm có nhiều lỗ 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:
Xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự.
So sánh ưu nhược điểm các loại tháp:
Ưu điểm Nhược điểm
Tháp mâm chóp
- Khá ổn định.
- Hiệu suất cao.
- Có trở lực lớn.
- Tiêu tốn nhiều vật tư, kết cấu
phức tạp.
Tháp mâm xuyên lỗ
- Trở lực tương đối thấp.

- Hiệu suất khá cao.
- Không làm việc được với chất
lỏng bẩn.
- Kết cấu khá phức tạp.
Tháp đệm
- Cấu tạo khá đơn giản
- Trở lực thấp
- Làm việc được với chất lỏng
bẩn nếu dùng đệm cần có của
chất lỏng.
- Do có hiệu ứng âm thanh 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.
Vậy: Ta sử dụng tháp mâm chóp để chưng cất hệ Benzen – Toluen.
1.3 Thông số quá trình chưng cất
Nhu cầu sử dụng benzen trong các ngành công nghiệp việt nam như thuốc trừ sâu,
sản xuất tơ nhân tạo, cao su tổng hợp và dược phẩn là rất cao nhu cầu khoảng 70000
DH10H1 Trang 7
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Nguyễn Quốc Hải
tấn/năm benzen tinh khiết. với nhu cầu trên người ta sử dụng toluen là sản phẩm của quá
trình hóa dầu để tiến hành sản xuất benzen bằng phương pháp hidrodealkyl hóa toluen.
Quá trình hidrodealkyl hóa toluen hiệu suất dạt 35%- 40%,trong quá trình chưng tách yêu
cầu Sản phẩm benzen đạt độ tinh khiết cao từ 96%-98% , nồng độ sản phẩm đáy tháp có
lẫn benzen 2%.
Chọn thông số ban đầu của quá trình:

+ Năng suất nhập liệu: G
F
= 21600kg/h
+ Nồng độ nhập liệu: = 37% (kg Benzen / kg hỗn hợp)
+ Nồng độ sản phẩm đỉnh: = 97,5% (kg Benzen / kg hỗn hợp)
+ Nồng độ sản phẩm đáy: = 1,8% (kg Benzen / kg hỗn hợp)
+ Nhiệt độ nguyên liệu đầu vào T
d
= 25 oC
+ Nhiệt độ sản phẩm của đáy tháp chưng cất T
C
=110oC
Với thông số trên là phù hợp với yêu cầu của quá trinh chưng tách benzen-toluen
trong sản xuất benzen bằng phương pháp hidrodealkyl hóa toluen.
DH10H1 Trang 8
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Nguyễn Quốc Hải
CHƯƠNG II: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ.
2.2 Thuyết minh quy trình công nghệ
Hỗn hợp benzen-toluen tại bình chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm vào bồn
cao vị (4).Sau đó hỗn hợp đi qua thiết bị trao đổi nhiệt (12) sau đó qua thiết bị đun sôi
nhập liệu (5) rồi đi vào tháp chưng cất ở đĩa nhập liệu.
Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn cất của tháp chảy
xuống. Trong tháp hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng từ trên xuống. Ở đây có sự tiếp xúc và
trao đổi giữa hai pha với nhau. Pha lỏng chuyển động trong phần chưng càng xuống dưới
càng giảm nồng độ các cấu tử dễ bay hơi vì đã bị pha hơi tạo nên từ nồi đun 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 toluen sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được
hỗn hợp có cấu tử bezen chiếm nhiều nhất. Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ(8) và được
ngưng tụ 1 phần (chỉ ngưng tụ hồi lưu). Một phần chất lỏng ngưng được đưa qua thiết bị

làm lạnh sản phẩm đỉnh(10) trước khi đưa vào bồn chứa sản phẩm đỉnh(14) . Phần còn
lại của chất lỏng ngưng được hồi lưu về tháp 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 là cấu tử khó bay hơi
(toluen). Hỗn hợp đáy có toluene và một phần benzen. Dung dịch lỏng ở đáy đi ra khỏi
tháp, 1 phần được đun, bốc hơi ở nồi đun kettle (11) cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm
việc, phần còn lại được đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt (12) để tận dụng nhiệt, rồi vào bể
chứa sản phẩm (13) .Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là bezen, sản phẩm
đáy là toluene.
1.3 các thiết bị chính của quy trình.
-tháp chưng luyện liên tục.
- van
- bồn chứa nhập liệu,sản phẩm đỉnh,sản phẩm đáy.
DH10H1 Trang 9
Đồ án q trình thiết bị GVHD: Nguyễn Quốc Hải
-thiết bị đun sơi dòng nhập liệu.
-thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh.
-nồi đun kelte gia nhiệt sản phẩm đáy.
-bộ phận phân chia dòng.
-lưu lượng kế.
-thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh và đáy.
CHƯƠNG III: CÂN BẰNG VẬT CHẤT
I. Các thơng số ban đầu
Chọn loại tháp là tháp mâm chóp
Khi chưng luyện hỗn hợp Benzen - Toluen thì cấu tử dễ bay hơi là Benzen.
Hỗn hợp:




=⇒
=⇒
)/(92:
)/(78:
356
66
molgMCHHCToluen
molgMHCBenzen
T
B
• Năng suất nhập liệu: G
F
= 21600 (kg/h)
• Nồng độ nhập liệu: x
F
= 37% (kg Benzen/ kg hỗn hợp)
• Nồng độ sản phẩm đỉnh: x
D
= 97,5% (kg Benzen/ kg hỗn hợp)
• Nồng độ sản phẩm đáy: x
W
= 1,8% (kg Benzen/ kg hỗn hợp)
• Áp suất hơi đốt: P
h
= 2,5 at
• Chọn:
- Nhiệt độ nhập liệu: t
FV
= 30
o

C
- Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi làm nguội: t
WR
= 40
o
C
- Nhiệt độ dòng nước lạnh đi vào: t
V
= 27
o
C
- Nhiệt độ dòng nước lạnh đi ra: t
R
= 40
o
C
- Trạng thái nhập liệu là trạng thái lỏng sôi.
DH10H1 Trang 10
Đồ án q trình thiết bị GVHD: Nguyễn Quốc Hải
• Các ký hiệu:
- G
F
, F: suất lượng nhập liệu tính theo kg/h, kmol/h.
- G
D
, D: suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo kg/h, kmol/h.
- G
W
, W: suất lượng sản phẩm đáy tính theo kg/h, kmol/h.
- x

i
, x
i
: nồng độ phần mol, phần khối lượng của cấu tử i.
I. Xác định lượng sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy thu được
Phương trình cân bằng vật chất:
Biểu diễn nồng độ các dòng nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy theo phần mol.
- Nồng độ phần mol của liệu nhập (x
F
):
= (mol Benzen / mol hỗn hợp)
- Nồng độ phần mol của sản phẩm đỉnh (x
D
):
(mol Benzen / mol hỗn hợp)
- Nồng độ phần mol của sản phẩm đáy (x
w
):
(mol Benzen / mol hỗn hợp)
Dựa vào bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ vào của hỗn hợp Benzen –
Toluen ở 760 mmHg ( Bảng IX.2a trang 145 STQTTB tập 2).
Ta xác định nhiệt độ sơi của hỗn hợp tại dòng nhập liệu có nồng độ phần mol là
0,41(mol Benzen / mol hỗn hợp) là: 90,34
0
C
Áp dụng phương trình cân bằng vật chất.


DH10H1 Trang 11
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Nguyễn Quốc Hải

Vậy ta có:
II. Xác định chỉ số hoàn lưu thích hợp
1. Xác định chỉ số hoàn 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 ( nước, bơm, nhiên liệu
là tối thiểu ).
Chỉ số hồi lưu tối thiểu
( Công thức 2.10 trang 41 BTQTTB truyền khối )
Ứng với
R = 1.3R
min
+ 0,3 ( Công thức 2.12 BTQTTB truyền khối )
- Suất lượng mol tương đối của dòng nhập liệu
DH10H1 Trang 12
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Nguyễn Quốc Hải
2. Phương trình làm việc đoạn chưng đoạn cất:
- Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện:
-Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng:
3. Xác định số mâm lý thuyết
Dựa vào đồ thị ứng với ta có:
-Số đĩa lý thuyết:
đĩa gồm ( mâm 7)
Hình 1: Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết
III. Xác định số mâm thực tế

: Số đĩa lý thuyết
: Hiệu suất trung bình của thiết bị
Mà
1. Xác định

Ta có nhiệt độ tại đỉnh tháp ứng với là 80,9
0
C
Tra bảng I.101 trang 91 STTB tập 1
DH10H1 Trang 13
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Nguyễn Quốc Hải
Độ nhớt của Benzen: m
B
= 0,310 (cp)
Độ nhớt của Toluen: m
T
= 0,314 (cp)
Độ nhớt của hỗn hợp:
Độ bay hơi tương đối
Theo hình IX.11 trang 171
2. Xác định
Ta có nhiệt độ tại đĩa nhập liệu ứng với là 90,34
0
C
Tra bảng I.101 trang 91 STTB tập 1
Độ nhớt của Benzen: m
B
= 0,269 (cp)
Độ nhớt của Toluen: m
T
= 0,278(cp)
Độ nhớt của hỗn hợp:
Độ bay hơi tương đối
Theo hình IX.11 trang 171
3. Xác định

Ta có nhiệt độ tại đỉnh tháp ứng với là 109,68
0
C
Tra bảng I.101 trang 91 STTB tập 1
Độ nhớt của Benzen: m
B
= 0,241 (cp)
Độ nhớt của Toluen: m
T
= 0,252 (cp)
Độ nhớt của hỗn hợp:
Độ bay hơi tương đối
Theo hình IX.11 trang 171
DH10H1 Trang 14
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Nguyễn Quốc Hải
Vậy số đĩa thực tế là
DH10H1 Trang 15
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Nguyễn Quốc Hải
DH10H1 Trang 16
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Nguyễn Quốc Hải
CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THÁP CHƯNG CẤT
4.1. Đường kính tháp
Đường kính tháp được tính theo công thức:
tb
tb
V
D
ωπ
*3600*
4

=
(m) (IX-89.[II])
V
tb
: lượng hơi trung bình trong tháp(m
3
/h)
ω
tb
: vận tốc hơi trung bình đi trong tháp (m/s)
Vì lượng hơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao 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 của tháp có thể khác nhau.
4.1. 1. Đường kính phần luyện
Lưu lượng hơi trung bình trong đoạn luyện : có thể xem gần đuïng bằng trung
bình cộng lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp gđ và lượng hơi đi vào dưới cùng
g1 của đoạn luyện :
Được tính theo công thức sau :
2
1
gg
g
d
tb
+
=
(IX.91/181.[II])
DH10H1 Trang 17
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Nguyễn Quốc Hải
gđ : lượng hơi ra khỏi tháp ở đĩa trên cùng (kg/h)

g
đ
= G
R
+G
P
= G
P
(R
TH
+1) (IX .92/181.[II])
Với GR : lượng lỏng hồi lưu , kg/h
GP : lượng sản phẩm đỉnh (kg/h), GP = 7945(kg/h)
R
TH
: chỉ số hồi lưu, R
TH
= 2,36
= > gđ = 7945(2,36+1) = 26695,2 kg/h
g1 : lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện (kg/h)
Áp dụng phương trình cân bằng vật liệu, nhiệt lượng cho đĩa thứ nhất của đoạn
luyện:
g
1
= G
1
+ G
P
(IX.93/182.[II ])
g

1
y
1
= G
1
x
1
+ G
P
x
P
(IX.94/182.[II])
g
1
r
1
= g
đ
r
đ
(IX.95/182.[II])
Với :
y
1
: Nồng độ của cấu tử nhẹ trong pha hơi của đĩa thứ nhất đoạn luyện
x
1
: hàm lượng lỏng ở đĩa thứ nhất đoạn luyện
x
1

= x
F
= 0,41 (phần mol)
G
P
=7945(kg/h) = 101,85(kmol/h)
r
1
: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hép đi vào đĩa thứ nhất của đoạn luyện
r
d
= r
B
y
d
+ r
T
(1 - y
d
)
r
B
, r
T
: ẩn nhiệt hóa hơi của Benzen và Toluen nguyên chất
t
l
=
7655,87
2

=
+
PF
tt
Ở nhiệt độ t
l
= 87,7655
o
C, tra bảng I-212/254.[I ]và bằng phương pháp nội suy :
Ta có : r
B
87,7655
= 387869,5(J/Kg); r
T

87,7655
= 374585,2086(J/Kg)
Vậy r
d
= r
B
y
d
+ r
T
(1 - y
d
)= 387869,5.0,979+(1-0,979).374585,208
=387590,53(J/Kg)
G

d
.r
d
=26695,2.387590,53=10346806710
DH10H1 Trang 18
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Nguyễn Quốc Hải
Ta có: g
1
.y
1
=G
1
x
1
+G
P
x
p
=(g
1
-G
p
).x
p
= > g
1
( y
1
-x
F

)=Gp(x
p
-x
F
) (1)

5852086,3742843,13
77,10129523
2086,374585).1(5,387869
10.979,0.01034680671
)1(.
111
3
1
.
1
+
=
−+
=
−
=
−
yyyyrr
yg
g
TB
dd
(2)
Từ (1) và (2) suy ra:

Y
l
=0,49;g
l
=9197,489(Kg/h);G
l
=g
l
-G
p
=9197,489-7945=1252,489
= >
3445,17946
2
2,26695489,9197
2
1
=
+
=
+
=
gg
g
d
tb
(Kg/h)
945,1124959
489,9197
53,387590.2,26695

.
1
1
===
g
rg
r
dd
Tính khối lượng riêng trung bình đối với pha khí đoạn luyện:
[ ]
)/(
4,22
273)1(
3
11
mkg
T
MyMy
BtbAtb
ytb
−+
=
ρ
(IX.102/183.[II])
M
B
= 78 (kg/kmol) , M
T
= 92 (kg/kmol)
ytb1

: Nồng độ phần mol cấu tử phán bố trong đoạn luyện
7345,0
2
49,0979,0
2
1
1
=
+
=
+
=
p
tb
yy
y
(phần mol)
[ ]
)/(76059,2.
)2737655,87.(4,22
273.92).7345,01(78.7345.0
3
mkg
ytb
=
+
−+
=
ρ
Vậy

)/(
76059,2
3445,17946
3
hm
g
v
ytb
tb
tb
==
ρ
Khối lượng riêng trung bình đối với pha lỏng đoạn luyện:
2
1
1
1
1
1
x
tb
x
tb
xtb
aa
ρρρ
−
+=
(IX-104a/183.[II]).
−

xtb
ρ
: khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp lỏng trong đoạn luyện
-
21
,
xx
ρρ
: khối lượng riêng của Benzen và Toluen của pha lỏng ở nhiệt độ
DH10H1 Trang 19
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Nguyễn Quốc Hải
− trung bình là 86,4
o
C, được tra bảng I-2/9.[I ]:
)/(96,807
3
1
mkg
x
=
ρ

)/(64,973
3
2
mkg
x
=
ρ
− a

tb1
: phần khối lượng trung bình của cấu tử A trong pha lỏng
6725.0
2
979,037,0
2
1
=
+
=
+
=
pF
tb
aa
a
(phần khối lượng)
T
tb
l
=87,7655
0
C
⇒
)/(45795,806);/(2345,800
33
mkgmkg
BT
==
ρρ

2345,800
6725,01
45795,806
6725,01 −
+=
xtb
l
ρ
⇒
)/(4091374,804
3
mkg
xtb
=
ρ
Tìm vận tốc hơi trung bình đi trong đoạn luyện:
Vận tốc làm việc của dòng khí nhỏ hơn vận tốc đảo pha từ 10 ÷ 20%.
Chọn ω
tb
= 0,8 .ω
,
S
(m/s)
ω
,
S
: là vận tốc đảo pha được tính theo IX-115/187.[II]

8
1

4
1
16,0
3
2
75,1
'
lg
















−=

















xtb
ytb
y
x
n
x
xtbd
ytbdS
G
G
A
gV
ρ
ρ
µ
µ
ρ
ρσϖ
Trong đó

A = - 0,125
d
σ
:Bề mặt riêng của đệm, (m
2
/m
3
)
V
đ
: Thể tích tự do của đệm m
3
/m
3
ở đáy ta chọn đệm Risiga, bằng sứ đổ lộn xộn có kích thước 30*30*3,5 (mm), bề
mặt riêng
d
σ
= 165 (m
2
/m
3
), thể tích tự do V
đ
= 0,76 (m
3
/m
3
), số đệm trong 1m
3

: 25.10
3
,
khối lượng riêng xốp
)/(570
3
mkg
d
=
ρ
g : Gia tốc trọng trường, g = 9,81(m/s
2
)
DH10H1 Trang 20
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Nguyễn Quốc Hải
ytbxtb
ρρ
,
: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi (kg/m
3
)
nx
µµ
,
: độ nhớt của pha lỏng ở nhiệt độ trung bình và của nước ở 20
o
C
G
x
, G

y
: lưu lượng lỏng và hơi trung bình , kg/s
* Xác định độ nhớt
nx
µµ
,
:
•
n
µ
: độ nhớt của nước ở 20
o
C tra trong bảng I-102/94.[I] ta có :
)/(10*005,1)(005,1
23
mNsCp
n
−
==
µ
•
:
x
µ
Độ nhớt của hỗn hợp lỏng trong đoạn luyện ở 87,7655
o
C, được tính
theo công thức sau:
21
lg)1(lglg

µµµ
tbtbx
xx −+=
645,0
2
979,041,0
2
=
+
=
+
=
pF
tb
xx
x
(phần mol)
21
,
µµ
: Độ nhớt của Benzen và Toluen ở 87,7655
o
C, được tra bảng
I-101/91.[I] và bằng phương pháp nội suy ta có :
3
1
10.2946449,0
−
=
µ

3
2
10.3003628.0
−
=
µ
⇒
3
10.2964,0
−
=
x
µ
Tính lưu lượng lỏng, hơi trung bình đi trong đoạn luyện:
2
1 R
X
GG
G
+
=
)/(208388,5)/(2,1875036,2.7945. skghkgRGG
xPR
====
)/(3479136,0)/(489,1252
1
skghkgG ==
⇒
)/(778,2
2

208388,53479136,0
skgG
x
=
+
=
)/(9851,4)/(3445,17946
2
1
skghkgg
gg
G
tb
d
y
===
+
=
DH10H1 Trang 21
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Nguyễn Quốc Hải
Như vậy :
16,0
3
8
1
4
1
2
lg75,1'lg









−
















−=
n
x
xtbd
ytbd
xtb

ytb
y
x
S
gV
G
G
A
µ
µ
ρ
ρσ
ρ
ρ
ω
( ( )
097.0)
005.1
2964,0
(
4091374,804.)76,0(81,9
76059,2.165
lg
4091374,804
76059,2
)
9851,4
778,2
75,1125,0'lg2
3

8
1
4
1
=−−−=
s
w
⇒
)/(1183,1' smw
s
=
Vậy tốc độ làm việc :
)/(89464.0'8.0 smww
stb
=∗=
Vậy Đường Kính đoạn luyện :
)(38,1
89464.0.3600
3716,4800.4
3600
4
m
w
V
D
tb
tb
===
ππ
4.1. 2. Đường kính phần chưng

Được tính theo công thức sau :

1
2
c c
d
tb
g g
g
+
=
(IX.91/181.[II])
g
đ
c
: lượng hơi đi vào đoạn chưng (kg/h)
Áp dụng phương trình cân bằng vật liệu

1 1
c c
W
G g G= +
(1) (IX-98/182.[II])

1 1 1 1
c c c c
W W
G x g y G x= +
(2) (IX-99/182.[II])
1 1 1 1

c c c c
n n
g r g r g r= =
(3) (IX-100/182.[II])
Trong đó :
y
1
c

= y
W
= 0,05 (phần mol)
r
1
c
: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hép hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng, được xác
định theo công thức trang 182.[II] :
1 1
(1 )
c c c
a b
r r y r y
= + −
r
a
, r
b
: ẩn nhiệt hóa hơi của Benzen và Toluen ở nhiệt độ
DH10H1 Trang 22
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Nguyễn Quốc Hải

c
tt
t
Fw
c
0
745,102
2
89,946.110
2
=
+
=
+
=
tra bảng I-212/254.[I] ta có :
r
c
B
=376635,5785(J/Kg);r
c
T
=366743,217(J/Kg);
⇒
)/(8351,367237217,366743).015.01(015,0.5787,376635
1
kgJr
c
=−+=

Vậy (3)

⇒
)/(67518,28174
8351,367237
00346806721,1
10
1
1
1
1
hkgg
r
r
g
c
c
===
(1)
⇒
)/(67518,418291365567518,28174
11
hkgGgG
w
cc
=+=+=
Vậy lượng hơi trung bình trong đoạn chưng:
)/(082,18686
2
489,919767518,28174

2
11
hkg
gg
g
c
c
tb
=
+
=
+
=
Khối lượng riêng trung bình đối với pha hơi đoạn chưng :
Giống như trong đoạn luyện, khối lượng riêng đoạn chưng được tính theo công thức sau:
1 1
(1 ) 273
22,4.
c c
tb A tb B
c
ytb
c
y M y M
T
ρ
 
+ −
 
=

(IX-102/183.[II]))
Ta có : T
c
=102,745
0
C
1
c
tb
y
: Hàm lượng hơi trung bình cấu tử phân bố trong đoạn chưng
34,0
2
66,0018.0
2
1
1
=
+
=
+
=
w
c
tb
yy
y
(phần mol)
⇒
][

)/(83,2
2
273.92).34.01(78.34,0
3
1
mkg
c
tb
=
−+
=
ρ
Vậy
)/(85583,6602
83,2
082,18686
3
hm
g
V
c
ytb
c
tb
c
tb
===
ρ
Khối lượng riêng trung bình đối với pha lỏng đoạn luyện
1 1

1
1
c c
tb tb
c
xtb xb xT
a a
ρ ρ ρ
−
= +
DH10H1 Trang 23
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Nguyễn Quốc Hải
194,0
2
018.037,0
2
1
=
+
=
+
=
wF
c
tb
aa
a
,
xB xT
ρ ρ

: khối lượng riêng của Benzen và của Toluen ở nhiệt độ
trung bình của đoạn chưng 102,745
o
C .
)/(706,789
3
mkg
xtb
=
ρ
)/(785
3
mkg
xT
=
ρ
Suy ra:
)/(786
3
mkg
xtb
c
=
ρ
Tính vận tốc hơi trung bình trong đoạn chưng:
Tương tự trong đoạn luyện ta có : ω’
tb
= 0,8.ω
,
S

8
1
4
1
16,0
3
2
'
'
'
'
75,1
'
'
''
lg

















−=
















xtb
ytb
y
x
n
x
xtbd
ytbdS
G
G

A
gV
ρ
ρ
µ
µ
ρ
ρσω
Tính độ nhớt
xn
',
µµ
:
Tương tự trong đoạn luyện ta có :
)/(10*005,1)(005,1
23
mNsCp
n
−
==
µ
;
lg lg (1 )lg
c
x tb B tb T
x x
µ µ µ
= + −
2156,0
2

=
+
=
Fw
tb
xx
x
(phần mol)
,
B T
µ µ
: Độ nhớt của Benzen và Toluen ở nhiệt độ 102,745
o
C :
)/(2552355,0
2
mNs
B
=
µ
)/(26551,0
2
mNs
T
=
µ
⇒
)/(26326,0
2
mNs

c
x
=
µ
Tính lượng lỏng, hơi trung bình G’
X
, G’
Y
:
)/(9836,5)/(082,21541
2
67518,41829489,1252
2
11
skghkg
GG
G
C
C
x
==
+
=
+
=
)/(1906,5)/(082,18686 skghkggG
c
tby
===
DH10H1 Trang 24

Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Nguyễn Quốc Hải
Do đó:
16,0
3
8
1
4
1
2
'
'
'
lg
'
'
'
'
75,1'lg








−

















−=
n
x
xtbd
ytbd
xtb
ytb
y
x
S
gV
G
G
A
µ
µ
ρ

ρσ
ρ
ρ
ω












−












−−=

005,1
9836,5
)76,0.(786.81,9
83,2.165
lg
786
83,2
190,5
9836,5
75,1125,0
3
8
1
4
1
⇒
)/(9226,0' smw
s
=
⇒
)/(7381,0'8,0' smww
stb
==
Như vậy đường kính đoạn chưng là:
)(4,1
7381,36000
8558,4090.4
'3600
4
m

w
V
D
tb
tb
===
ππ
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 1,4 m (theo bảng qui chuẩn cho Đường kinh tháp, 359.II)
4.2.Chiều cao tháp chưng cất
 Chiều cao tháp chưng cất
Trong đó:
Số đĩa thöïc teá
d: Bề dày của đĩa, m
0,8 1: Khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy thiết bị, m
: Khoảng cách giữa các đĩa, m
Vậy chiều cao tháp H = 9,688 m.
I. Tính toán chóp và ống chảy chuyền:
1. Tính toán chóp
• Ta chọn đường kính ống hơi là: 47 mm
DH10H1 Trang 25