THIẾT kế hệ THỐNG THIẾT bị CHƯNG LUYỆN LOẠI

TRƯỜNG :ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

ĐỒ ÁN MÔN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
BỘ MÔN QUÁ TRÌNH -THIẾT BỊ
………..**………

THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CHƯNG LUYỆN LOẠI
THÁP ĐỆM
ĐỂ PHÂN TÁCH HỖN HỢP HAI CẤU TỬ RƯỢU METYLIC VÀ NƯỚC

Giáo viên hướng dẫn
Sinh viên
Mã sinh viên
Lớp

: NGUYỄN THẾ HỮU
: TRẦN THỊ XOAN
: 0974140023
: LTCĐ-ĐH Hóa1-K9

Hà nội 6-2015

HỌ VÀ TÊN:TRẦN THỊ XOAN

MSV:0974140023


TRƯỜNG :ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

BỘ CÔNG THƯƠNG

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỘC LẬP- TỰ DO- HẠNH PHÚC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

Họ và tên SV: Trần Thị Xoan
MSV: 0974140023
Lớp:CĐ- ĐH Công Nghệ Hóa 1

Khóa: IX

Khoa: Công nghệ kỹ thuật hóa học
Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thế Hữu
NỘI DUNG: Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp đệm để
phân tách hỗn hợp: Metylic- Nước với năng suất hỗn hợp đầu =6835
kg/h.Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong :
+ hỗn hợp đầu aF=28,1%
+ hỗn hợp đầu ap=90,8%
+ hỗn hợp đầu aw=1,1%

Tháp làm việc ở
áp suất thường, hỗn
hợp được gia nhiệt

trong đến nhiệt độ
sôi:

HỌ VÀ TÊN:TRẦN THỊ XOAN

Bb
ST
T

Tên bản vẽ

Khổ
giấy

Số
lượng

1

Vẽ dây chuyền sản xuất A4

01

2

Vẽ hệ thống tháp chưng A0
luyện

01

MSV:0974140023


TRƯỜNG :ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Lời Cảm Ơn
Chúng ta đang sống trong nền kinh tế hậu công nghiệp hay còn gọi
là kinh tế mới, nền kinh tế tri thức. Đặc trưng chủ yếu của nền kinh tế
này là sự xuất hiện của các ngành công nghệ cao, công nghệ tự động hóa
và người máy, công nghệ thông tin, công nghệ vật liệu mới… Trong
ngành công nghệ vật liệu mới không thể không nhắc tới ngành công
nghệ hóa học, bởi công nghệ hóa học thuộc nghành công nghệ đòi hỏi
kỹ thuật cao, mức độ phát triển khoa học của một đất nước.
Khi mà khoa học kỹ thuật càng phát triển, nhu cầu về đồ dùng phương
tiện phục vụ càng lớn thì đòi hỏi đến sản phẩm hóa học càng nhiều.
Nhận thấy rõ sự phát triển như vũ bão của ngành công nghệ hóa học với
lối tư duy nhạy bén và sáng tạo, khoa Công Nghệ Hóa trường Đại Học
Công Nghiệp Hà Nội đã đào tạo ra những sinh viên chuyên ngành hóa.
Điều đó không chỉ cung cấp cho đất nước đội ngũ những công nhân lành
nghề, những thợ kỹ thuật có tay nghề cao mà nó còn mở ra cơ hội việc
làm cho giới trẻ trong lĩnh vực khá mới mẻ này.
Là một sinh viên khoa Công Nghệ Hóa của trường, chúng em đã được
trang bị rất nhiều những kiến thức cơ bản về các quá trình thiết bị của
công nghệ sản xuất những sản phẩm hóa học, để củng cố những kiến
thức đã học, cũng như để phát huy trình độ độc lập sáng tạo giải quyết
một vấn đề cụ thể của sinh viên trong thực tế sản xuất, chinh vì vậy khi
được nhận bản đồ án quá trình thiết bị này là một cơ hội tốt để cho
chúng em được tìm hiểu về các quá trình công nghệ, được vận dụng

HỌ VÀ TÊN:TRẦN THỊ XOAN

MSV:0974140023


TRƯỜNG :ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

những kiến thức đã được học và mở rộng vốn kiến thức của mình, từ
đó cho chúng em cái nhìn cụ thể hơn về ngành nghề mình đã lựa chọn.
Bản đồ án này không chỉ làm sáng tỏ thêm lý thuyết, nắm vững phương
pháp tính toán và nguyên lý vận hành thiết bị, mà đây chính là một cơ
hội tốt để sinh viên tập dượt giải quyết những vấn đề cụ thể trong thực
tế sản xuất.
Để hoàn thành được bản đồ án này em xin gửi lời cám ơn chân thành
nhất đến các thầy cô khoa Công Nghệ Hóa, đặc biệt là thầy giáo Nguyễn
Thế Hữu đã giành cho chúng em sự ưu đãi đặc biệt, tận tình hướng dẫn,
chỉ bảo, tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em làm đồ án.
Do thời gian và kiến thức bản thân em còn hạn chế nên bản đồ án không
tránh khỏi những thiếu sót em rất mong nhận được sự góp ý, những lời
nhận xét và sửa chữa của thầy cô để bản đồ án của em được hoàn chỉnh
hơn.
Một lần nữa em xin chân thành cám ơn!

HỌ VÀ TÊN:TRẦN THỊ XOAN

MSV:0974140023

TRƯỜNG :ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Lời Nói Đầu
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nền công
nghiệp đã mang lại cho con người những lợi ích vô cùng to lớn về vật
chất và tinh thần. Để nâng cao đời sống nhân dân, để hòa nhập chung
với sự phát triển chung của các nước trong khu vực cũng như trên thế
giới Đảng và Nhà nước ta đã đề ra mục tiêu công nghiệp hóa và hiện đại
hóa đất nước.
Trong tiến trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước những
nghành mũi nhọn như công nghệ thông tin, công nghệ sinh học, công
nghệ điện tử tự động hóa…công nghệ hóa giữ vai trò quan trọng trong
việc sản xuất các sản phẩm phục vụ cho nền kinh tế quốc dân, tạo tiền đề
cho nhiều ngành khác phát triển.
Khi kinh tế phát triển thì nhu cầu của con người ngày càng tăng. Do
vậy các sản phẩm cũng đòi hỏi cao hơn, đa dạng hơn, phong phú hơn,
theo đó công nghệ sản xuất cũng phải nâng cao. Trong công nghệ hóa
học nói chung việc sử dụng hóa chất có độ tinh khiết cao là yếu tố căn
bản tạo ra sản phẩm có chất lượng cao. Có nhiều phương pháp khác
nhau để làm tăng nồng độ, độ tinh khiết như: chưng luyện, chưng cất, cô
đặc, trích ly. Tùy vào tính chất của hệ mà ta lựa chọn phương pháp
thích hợp.

Phần I: GIỚI THIỆU CHUNG
I. LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN:
1) Phương pháp chưng luyện:
Chưng luyện là một phương pháp nhằm để phân tách một hỗn hợp
khí đã hóa lỏng dựa trên độ bay hơi tương đối khác nhau giữa các cấu tử

thành phần ở cùng một áp suất.

HỌ VÀ TÊN:TRẦN THỊ XOAN

MSV:0974140023


TRƯỜNG :ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Phương pháp chưng luyện này là một quá trình trong đó hỗn hợp
được bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần. Kết quả cuối cùng ở đỉnh tháp ta
thu được một hỗn hợp gồm hầu hết các cấu tử dễ bay hơi và nồng độ đạt
yêu cầu. Phương pháp chưng luyện cho hiệu suất phân tách cao, vì vậy
nó được sử dụng nhiều trong thực tế.
Dựa trên các phương pháp chưng luyện liên tục, người ta đưa ra
nhiều thiết bị phân tách đa dạng như tháp chóp, tháp đĩa lỗ không có ống
chảy truyền, tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền, tháp đệm… Cùng với các
thiết bị ta có các phương pháp chưng cất là:
Áp suất làm việc:

a.
-

Chưng cất ở áp suất thấp.

-

Chưng cất ở áp suất thường.

-

Chưng cất ở áp suất cao.
Nguyên tắc của phương pháp này là dựa trên nhiệt độ sôi của các
cấu tử: nếu nhiệt độ sôi của các cấu tử quá cao thì giảm áp suất làm việc
để giảm nhệt độ sôi của các cấu tử.

b.

Nguyên lý làm việc: có thể làm việc theo nguyên lý liên tục
hoặc gián đoạn:
-Chưng gián đoạn: phương pháp này được sử dụng khi:
Nhiệt độ sôi của các cấu tử khác xa nhau.
Không cần đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao
Tách hỗn hợp lỏng ra khỏi tạp chất không bay hơi.
Tách sơ bộ hỗn hợp nhiều cấu tử.
- Chưng liên tục: là quá trình được thực hiện liên tục nghịch
dòng và nhiều đoạn.
2) Thiết bị chưng luyện:
Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp khác nhau nhưng
chúng đều có một yêu cầu cơ bản là diện tích tiếp xúc bề mặt pha lớn.
Tháp chưng luyện phong phú về kích cỡ và ứng dựng. Các tháp lớn
thường được sử dụng trong công nghệ lọc hóa dầu. Đường kính tháp phụ
HỌ VÀ TÊN:TRẦN THỊ XOAN

MSV:0974140023


TRƯỜNG :ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

thuộc vào lượng pha lỏng và lượng pha khí, độ tinh khiết của sản phẩm.
Mỗi loại tháp chưng lại có cấu tạo riêng, có ưu điểm và nhược điểm
khác nhau, vậy ta phải chọn loại tháp nào cho phù hợp với hỗn hợp cấu
tử cần chưng và tính toàn kích cỡ của thết bị cho phù hợp với yêu cầu.
Trong đồ án này em được giao thiết kế tháp chưng luyện liên tục
loại tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp hai cấu tử là
Nước – Metylic, chế độ là việc ở áp suất thường với hỗn hợp đầu vào ở
nhiệt độ sôi.
2. GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP ĐƯỢC CHƯNG LUYỆN:
a)

Nước

Nước là một hợp chất hóa học của oxy và hidro, có công thức hóa
học của nước là H2O. Với các tính chất lí hóa đặc biệt (ví dụ như tính
lưỡng cực, liên kết hiđrô và tính bất thường của khối lượng riêng) nước
là một chất rất quan trọng trong nhiều ngành khoa học và trong đời sống.
70% diện tích của Trái Đất được nước che phủ nhưng chỉ 0,3% tổng
lượng nước trên Trái Đất nằm trong các nguồn có thể khai thác dùng làm
nước uống
Phân tử nước bao gồm hai nguyên tử hiđrô và một nguyên tử ôxy.
Về mặt hình học thì phân tử nước có góc liên kết là 104,45°. Do các cặp
điện tử tự do chiếm nhiều chỗ nên góc này sai lệch đi so với góc lý
tưởng của hình tứ diện. Chiều dài của liên kết O-H là 96,84 picômét.
Tính lưỡng cực

Ôxy có độ âm điện cao hơn hiđrô. Việc cấu tạo thành hình ba góc và

việc tích điện từng phần khác nhau của các nguyên tử đã dẫn đến cực
tính dương ở các nguyên tử hiđrô và cực tính âm ở nguyên tử ôxy, gây
ra sự lưỡng cực. Dựa trên hai cặp điện tử đơn độc của nguyên tử ôxy, lý
thuyết VSEPR đã giải thích sự sắp xếp thành góc của hai nguyên tử
HỌ VÀ TÊN:TRẦN THỊ XOAN

MSV:0974140023


TRƯỜNG :ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

hiđrô, việc tạo thành moment lưỡng cực và vì vậy mà nước có các tính
chất đặc biệt. Vì phân tử nước có tích điện từng phần khác nhau nên một
số sóng điện từ nhất định như sóng cực ngắn có khả năng làm cho các
phân tử nước dao động, dẫn đến việc nước được đun nóng. Hiện tượng
này được áp dụng để chế tạo lò vi sóng.
Liên kết hiđrô
Các phân tử nước tương tác lẫn nhau thông qua liên kết hiđrô và
nhờ vậy có lực hút phân tử lớn. Đây không phải là một liên kết bền
vững. Liên kết của các phân tử nước thông qua liên kết hiđrô chỉ tồn tại
trong một phần nhỏ của một giây, sau đó các phân tử nước tách ra khỏi
liên kết này và liên kết với các phân tử nước khác.
Đường kính nhỏ của nguyên tử hiđrô đóng vai trò quan trọng cho
việc tạo thành các liên kết hiđrô, bởi vì chỉ có như vậy nguyên tử hiđrô
mới có thể đến gần nguyên tử ôxy một chừng mực đầy đủ. Các chất
tương đương của nước, thí dụ như đihiđrô sulfua (H2S), không tạo thành
các liên kết tương tự vì hiệu số điện tích quá nhỏ giữa các phần liên kết.
Việc tạo chuỗi của các phân tử nước thông qua liên kết cầu nối hiđrô là

nguyên nhân cho nhiều tính chất đặc biệt của nước, thí dụ như nước mặc
dù có khối lượng mol nhỏ vào khoảng 18 g/mol vẫn ở thể lỏng trong
điều kiện tiêu chuẩn. Ngược lại, H2S tồn tại ở dạng khí cùng ở trong
những điều kiện này. Nước có khối lượng riêng lớn nhất ở 4 độ Celcius
và nhờ vào đó mà băng đá có thể nổi lên trên mặt nước; hiện tượng này
được giải thích nhờ vào liên kết cầu nối hiđrô.

HỌ VÀ TÊN:TRẦN THỊ XOAN

MSV:0974140023


TRƯỜNG :ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Liên kết hiđrô
Các tính chất hóa lý của nước
Cấu tạo của phân tử nước tạo nên các liên kết hiđrô giữa các phân tử
là cơ sở cho nhiều tính chất của nước. Cho đến nay một số tính chất của
nước vẫn còn là câu đố cho các nhà nghiên cứu mặc dù nước đã được
nghiên cứu từ lâu.
Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của nước đã được Anders Celsius
dùng làm hai điểm mốc cho độ bách phân Celcius. Cụ thể, nhiệt độ đóng
băng của nước là 0 độ Celcius, còn nhiệt độ sôi (760 mm Hg) bằng 100
độ Celcius. Nước đóng băng được gọi là nước đá. Nước đã hóa hơi được
gọi là hơi nước. Nước có nhiệt độ sôi tương đối cao nhờ liên kết hiđrô.
Dưới áp suất bình thường nước có khối lượng riêng (tỷ trọng) cao
nhất là ở 4 °C: 1 g/cm³ đó là vì nước vẫn tiếp tục giãn nở khi nhiệt độ
giảm xuống dưới 4 °C. Điều này không được quan sát ở bất kỳ một chất

nào khác. Điều này có nghĩa là: Với nhiệt độ trên 4 °C, nước có đặc tính
giống mọi vật khác là nóng nở, lạnh co; nhưng với nhiệt độ dưới 4 °C,
nước lại lạnh nở, nóng co. Do hình thể đặc biệt của phân tử nước (với
góc liên kết 104,45°), khi bị làm lạnh các phân tử phải dời xa ra để tạo
liên kết tinh thể lục giác mở. Vì vậy mà tỉ trọng của nước đá nhẹ hơn
nước thể lỏng.[1]
HỌ VÀ TÊN:TRẦN THỊ XOAN

MSV:0974140023


TRƯỜNG :ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Khi đông lạnh dưới 4 °C, các phân tử nước phải dời xa ra để tạo liên
kết tinh thể lục giác mở.
Nước là một dung môi tốt nhờ vào tính lưỡng cực. Các hợp chất phân
cực hoặc có tính ion như axít, rượu và muối đều dễ tan trong nước. Tính
hòa tan của nước đóng vai trò rất quan trọng trong sinh học vì nhiều
phản ứng hóa sinh chỉ xảy ra trong dung dịch nước.
Nước tinh khiết không dẫn điện. Mặc dù vậy, do có tính hòa tan tốt,
nước hay có tạp chất pha lẫn, thường là các muối, tạo ra các ion tự do
trong dung dịch nước cho phép dòng điện chạy qua.
Về mặt hóa học, nước là một chất lưỡng tính, có thể phản ứng như
một axit hay bazơ. Ở 7 pH (trung tính) hàm lượng các ion hydroxyt
(OH-) cân bằng với hàm lượng của hydronium (H3O+). Khi phản ứng với
một axit mạnh hơn thí dụ như HCl, nước phản ứng như một chất kiềm:
HCl + H2O ↔ H3O+ + ClVới ammoniac nước lại phản ứng như một axit:
NH3 + H2O ↔ NH4+ + OHNước trong đời sống

Cuộc sống trên Trái Đất bắt nguồn từ trong nước. Tất cả các sự sống
trên Trái Đất đều phụ thuộc vào nước và vòng tuần hoàn nước.
Nước có ảnh hưởng quyết định đến khí hậu và là nguyên nhân tạo ra
thời tiết. Năng lượng mặt trời sưởi ấm không đồng đều các đại dương đã
tạo nên các dòng hải lưu trên toàn cầu. Dòng hải lưu Gulf Stream vận
chuyển nước ấm từ vùng Vịnh Mexico đến Bắc Đại Tây Dương làm ảnh
hưởng đến khí hậu của vài vùng châu Âu.
Nước là thành phần quan trọng của các tế bào sinh học và là môi
trường của các quá trình sinh hóa cơ bản như quang hợp.

HỌ VÀ TÊN:TRẦN THỊ XOAN

MSV:0974140023


TRƯỜNG :ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Hơn 70% diện tích của Trái Đất được bao phủ bởi nước. Lượng nước
trên Trái Đất có vào khoảng 1,38 tỉ km³. Trong đó 97,4% là nước mặn
trong các đại dương trên thế giới, phần còn lại, 2,6%, là nước ngọt, tồn
tại chủ yếu dưới dạng băng tuyết đóng ở hai cực và trên các ngọn núi,
chỉ có 0,3% nước trên toàn thế giới (hay 3,6 triệu km³) là có thể sử dụng
làm nước uống. Việc cung cấp nước uống sẽ là một trong những thử
thách lớn nhất của loài người trong vài thập niên tới đây. Nguồn nước
cũng đã là nguyên nhân gây ra một trong những cuộc chiến tranh ở
Trung Cận Đông.
Nước được sử dụng trong công nghiệp từ lâu như là nguồn nhiên liệu
(cối xay nước, máy hơi nước, nhà máy thủy điện), Như là chất trao đổi

nhiệt.
Với tình trạng ô nhiễm ngày một nặng và dân số ngày càng tăng,
nước sạch dự báo sẽ sớm trở thành một thứ tài nguyên quý giá không
kém dầu mỏ trong thế kỷ trước. Nhưng không như dầu mỏ có thể thay
thế bằng các loại nhiên liệu khác như điện, nhiên liệu sinh học, khí
đốt..., nước không thể thay thế và trên thế giới tất cả các dân tộc đều cần
đến nó để bảo đảm cuộc sống của mình, cho nên vấn đề nước trở thành
chủ đề quan trọng trên các hội đàm quốc tế và những mâu thuẫn về
nguồn nước đã được dự báo trong tương lai.
Methanol
Công thức hóa học và tên gọi
b)

Methanol

Tên hệ thống
Tên khác

HỌ VÀ TÊN:TRẦN THỊ XOAN

Methanol
Carbinol
MSV:0974140023


TRƯỜNG :ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Hydroxymethane

Methyl alcohol
Methyl hydrate
Methyl hydroxide
Methylic alcohol
Methylol

Methanol, cũng gọi là methyl alcohol, alcohol gỗ, naphtha gỗ hay
rượu mạnh gỗ, là một hợp chất hóa học với công thức phân tử CH3OH
(thường viết tắt MeOH). Đây là rượu đơn giản nhất, nhẹ, dễ bay hơi,
không màu, dễ cháy chất lỏng với một mùi đặc trưng, rất giống, nhưng
hơi ngọt hơn ethanol (rượu uống)[3]. Ở nhiệt độ phòng, nó là một chất
lỏng phân cực, và được sử dụng như một chất chống đông, dung môi,
nhiên liệu, và như là một chất làm biến tính cho ethanol. Nó cũng được
sử dụng để sản xuất diesel sinh học thông qua phản ứng xuyên este hóa.
Methanol là sản xuất tự nhiên trong quá trình chuyển hóa nhiều loại
vi khuẩn kỵ khí, và là phổ biến trong môi trường. Kết quả là, có một
phần nhỏ của hơi methanol trong bầu khí quyển. Trong suốt vài ngày,
methanol không khí bị oxy hóa với sự hỗ trợ của ánh sáng Mặt Trời để
thành khí cácbonic và nước.
Methanol để trong không khí, tạo thành carbon dioxide và nước:
2 CH3OH + 3 O2 → 2 CO2 + 4 H2O
Do có tính độc hại, methanol được dùng làm phụ gia biến tính cho
ethanol trong sản xuất công nghiệp.Methanol thường được gọi là "cồn
gỗ" (wood alcohol) bởi vì methanol là một sản phẩm phụ trong quá trình
chưng cất khô sản phẩm gỗ.
Độc tính

HỌ VÀ TÊN:TRẦN THỊ XOAN

MSV:0974140023

TRƯỜNG :ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Metanol là chất rất độc, với lượng nhỏ gây mù, nhiều hơn có thể tử
vong dễ dàng. Cồn trong công nghiệp được điều chế từ gỗ, methanol là
sản phẩm phụ của quá trình này, vì thế ethanol dùng trong phòng thí
nghiệm có chứa nhiều methanol do đó tuyệt đối không được uống cồn
hoặc dùng cồn thay rượu uống.
2. Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất:
2.1 Dây chuyền sản xuất:
N íc

6
3
N íc l¹nh

5

7

H¬i ®èt

N íc
N íc l¹nh

4
9

11

N íc ng ng

H¬i ®èt

11

2

1

N íc ng ng

10

8

Hình 1.1. Sơ đồ dây chuyền công nghê chưng luyện liên tục

HỌ VÀ TÊN:TRẦN THỊ XOAN

MSV:0974140023


TRƯỜNG :ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

CHÚ THÍCH:
1. Thùng chứa hỗn hợp đầu

7. Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh

2. Bơm

8. Thùng chứa sản phẩm đỉnh

3. Thùng cao vị

9. Thiết bị gia nhiệt đáy tháp

4. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu

10. Thùng chứa sản phẩm đáy

5. Tháp chưng luyện

11. Thiết bị tháo nước ngưng

6. Thiết bị ngưng tụ hồi lưu
THUYẾT MINH:
Dung dịch đầu ở thùng (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 dung dịch được đưa vào thiết bị đun nóng (4)
qua lưu lượng kế (11), ở đây dung dịch được đun nóng đến nhiệt độ sôi
bằng hơi nước bão hoà, từ thiét bi gia nhiệt (4) dung dịch được đưa vào
tháp chưng luyện (5) nhờ đĩa tiếp liệu, trong tháp hơi đi từ dưới lên gặp
chất nỏng đi từ trên xuống, nhiệt độ và nồng độ các cấu tử thay đổi theo

chiều cao của tháp. Vì vậy hơi từ đĩa phía dưới lên đĩa phía trên, các cấu
tử có nhiệt độ sôi cao sẽ được ngưng tụ lại và cuối cùng trên đỉnh ta thu
được hỗn hợp gồm hầu hết các cấu tử dễ bay hơi. Hơi đó đi vào thiết bị
ngưng tụ hồi lưu (6), ở đây nó được ngưng tụ lại.
Một phần chất lỏng đi qua thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh 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.
Chất lỏng đi từ trên xuống gặp hơi có nhiệt độ cao hơn, một phần
cấu tử có nhiệt độ sôi thấp được bốc hơi và do đó nồng độ cấu tử khó
bay hơi trong chất lỏng ngày càng tăng và cuối cùng ở đáy tháp ta thu
dược hỗn hợp lỏng gồm hầu hết là cấu tử khó bay hơi. Chất lỏng đi ra
khỏi tháp được làm lạnh rồi đi vào thùng chứa sản phẩm đáy (10). Như
vậy với thiết bị làm việc liên tục thì hỗn hợp đầu được đưa vào liên tục
và sản phẩm cũng được tháo ra liên tục

HỌ VÀ TÊN:TRẦN THỊ XOAN

MSV:0974140023


TRƯỜNG :ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
2.1 Tính toán cân bằng vật liệu toàn thiết bị:
o

Kí hiệu các đại lượng như sau:

F : lượng nguyên liệu đầu (kmol/h)
P : lượng sản phẩm đỉnh (kmol/h)
W: lượng sản phẩm đáy (kmol/h)
xF: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu
xP: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đỉnh
xW: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy.
o

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.
o

Yêu Cầu thiết bị:

F: Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu = 6835kg/giờ
Thiết bị làm việc ở áp suất thường (P = 1 at)
Tháp chưng loại: tháp đĩa đệm có ống chảy truyền.
o

Điều kiện:

aF : Nồng độ nước trong hỗn hợp đầu=28,1 % (phần khối lượng)

aP: Nồng độ nước trong sản phẩm đỉnh = 90,8% (phần khối lưọng)
aW: Nồng độ nước trong sản phẩm đáy = 1,1% (phần khối lượng)
HỌ VÀ TÊN:TRẦN THỊ XOAN

MSV:0974140023


TRƯỜNG :ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

MA: Khối lượng phân tử của nước = 18 (kg/kmol)
MB: Khối lượng phân tử của metylic = 32 (kg/kmol)
o

Đổi từ phần khối lượng sang phần mol:

x= =

= 0,41 (phần mol)

x= = = 0,946 (phần mol)
x = = = 0, 021(phần mol)
o

Tính khối lượng mol trung bình:

Áp dụng công thức: M = x.M + (1 - x).M
MF= 0,40996.18 + ( 1- 0,40996).32= 23,39 (kg / kmol)
MP= 0,94608.18 + (1- 0,94608).32= 18,755 (kg / kmol)

D,yD

F,xF

D0

L0

DU

LU

P,xP

W,xW

Mw= 0,0211.18
+ (1- 0,0211).32= 31,705 (kg / kmol)
Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống chưng

2.2 Cân bằng vật liệu :
HỌ VÀ TÊN:TRẦN THỊ XOAN

MSV:0974140023


TRƯỜNG :ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Hỗn hợp đầu vào F (nước – metylic) được phân tách thành sản
phẩm đỉnh P (nước), và sản phẩm đáy W ( metylic ). Ở đĩa trên cùng có
1 lượng lỏng hồi lưu, ở đáy tháp có thiết bị đun sôi. Lượng hơi đi ra đỉnh
tháp Do.
Phương trình cân bằng vật liệu:
G =G+G
Trong đó:
- G là lượng hỗn hợp đầu đi vào tháp (kg / h)
- G là lượng sản phẩm đỉnh (kg / h)
- G là lượng sản phẩm đáy (kg / h)
Phương trình cân bằng vật liệu cho cấu tử dễ bay hơi (H2O):
G.aF = G.aP + G.aW
Theo đề bài:
-Lượng hỗn hợp đầu:
GF= 6835kg/giờ= = 292,22 ( kmol/ h)
-Lượng sản phẩm đỉnh:
P =G . = 6835. =2057,36 ( kg/h)
==>GP= = 109,696 (kmol/h)
-Lượng sản phẩm đáy:
W

=G . = 6835. =4777.64 ( kg/h)
==>Gw = = 150.62 (kmol/h)

W = ==3979,672(kg/h)= 1,105(kg/s)
P = F-W =6835-3978,672 = 2856.328 (kg/h) = 0,7934(kg/s)
2.1. Tính chỉ số hồi lưu tối thiểu:

HỌ VÀ TÊN:TRẦN THỊ XOAN

MSV:0974140023


TRƯỜNG :ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Từ số liệu bảng IX.2a (Sổ tay QT&TBCNHC-2 trang 149) ta có thành
phần cân bằng lỏng hơi của nước – metylic được cho theo bảng sau :
x 0

5

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

y 0

26,
8

41,
8

57,
9

66,
5

72,
9

77,
9

82,
5

87

91,

5

95,
8

100

87 , 81,
7
7

78

75,
3

73,
1

71,
2

69,
3

67,
6

66

64,5

t 100 92,
3

Từ bảng số liệu trên ta vẽ được đồ thị y - x, từ đó xác định được chỉ số
hồi lưu tối thiểu:

Với giá
trị x = 0,41
ta kẻ đường
song song
với trục y
và cắt đường
cân bằng, từ
đó ta kẻ
XF
đường song Xw
song với trục x cắt trục y tại B và ta xác định được giá trị
đó ta tính được R:

X
y* = 0,73. Từ

Từ bảng ta nội suy được :
HỌ VÀ TÊN:TRẦN THỊ XOAN

MSV:0974140023

TRƯỜNG :ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

XF =0,407=> Y*F = 0,73, tf=73,54°C
XP =0,946=> YP = 0,9773, tP=65,93°C
XW =0,02=> YW = 0,107, tW=96,92°C
Chỉ số hồi lưu làm việc: Rx =b x Rmin (b:hệ số dư
[1,2÷2,5])
Rmin = = =0,6687
2.1.3.Tính chỉ số hồi lưu thích hợp:
Chỉ số hồi lưu làm việc thường được xác định thông qua chỉ số hồi
lưu tối thiểu:

R = β .Rmin

Trong đó: β: hệ số dư hay hệ số hiệu chỉnh.
Tính gần đúng ta lấy chỉ số hồi lưu làm việc bằng:
R = (1, 2 ÷ 2,5).Rmin

Ta biết Rmin, cho β biến thiên bất kì trong khoảng (1,2÷2,5), tính
được R tương ứng. Ở mỗi R tương ứng ta vẽ đường làm việc và vẽ các
bậc thay đổi nồng độ lý thuyết N.
Dưới đây là các đồ thị xác định số đĩa lí thuyết trên cơ sở đường cân
xP x F

xW

xP y P

bằng, , , . Đường làm việc đoạn luyện đi qua điểm ( , ) và cắt
trục tung tại điểm có tung độ B = , đường làm việc đoạn chưng đi qua
giao điểm của đường làm việc đoạn luyện với đường
xW yW

,

xF = const

và điểm (

).

Vẽ các tam giác như hình ta thu được số đĩa lý thuyết.

β

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

R

0.80376

0.93772

1.07168

1.20564

1.3396

HỌ VÀ TÊN:TRẦN THỊ XOAN

MSV:0974140023


TRƯỜNG :ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

B

0.52446

0.488203

0.456634

0.4289

0.40434

N

11

10

9

8

7

N.(R+1)

19.8414

19.372

18.6451

17.6451

16.3772

β

2,1

2,2

2,3

2,4

2,5

R

1.40658

1.47356

1.54054

1.60752

1.6745

B

0.3931

0.3824

0.3724

0.3628

0.3537

N

7

7

7

7

7

N.(R+1)

16.8461

17.3149

17.7838

18.2526

18.7215

Thiết lập quan hệ N(R+1) – R (hình 12) ta xác định được Rth tại giá
trị nhỏ nhất của N(R+1). Kết quả được Rth = 0,404 tại β = 2,0.
Với Rth = 0,404 xác định được số đĩa lí thuyết Nlt = 7
2.1.4. Phương trình đường nồng độ làm việc:
Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện:
Thay số ta được:

y=

y= x+

R
x
x+ P
R +1
R +1

=> y =0,2877x + 0,6738

Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn chưng:
y=x- x
Trong đó:
f= =

= 2,664

HỌ VÀ TÊN:TRẦN THỊ XOAN

MSV:0974140023


TRƯỜNG :ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Thay số ta được:
y = x- xw

=> y= 7.594x- 1,1852xw
2.2. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP
Đường kính tháp được xác định theo công thức:

D=

4Vtb
(m)
π
.3600.ω
tb

Hay:

D = 0, 0188

gtb
( m)
(ρ yω y )tb

Trong đó:
Vtb: lượng hơi khí trung bình đi trong tháp (m3/h)
ωtb: tốc độ hơi (khí) trung bình đi trong tháp (m/s)
gtb: lượng hơi (khí) trung bình đi trong tháp (kg/h)
(ρ yω y )tb

: tốc độ hơi (khí) trung bình đi trong tháp (kg/m3.s)

2.2.1.Lượng hơi trung bình các dòng pha đi trong tháp.
Vì lượng hơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao tháp và khác nhau

trong mỗi đoạn cho nên phải tính lượng hơi trung bình cho từng đoạn

HỌ VÀ TÊN:TRẦN THỊ XOAN

MSV:0974140023


TRƯỜNG :ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Hỉnh 2.18.Để xác định lượng hơi trung bình đi trong tháp chưng luyện

a.Xác định lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện:
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện có thể tính gần đúng bằng
trung bình cộng của lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp và lượng
hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện:
gtbL =

g d + g1
2

Trong đó:
gtbL: lượng hơi (khí) trung bình đi trong đoạn luyện (kg/h hay kmol/h)
gđ: lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (kg/h hay kmol/h)
g1: lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện (kg/h hay kmol/h)

Lượng hơi ra khỏi tháp gđ:
gđ = GR + GP =GP(R + 1)
HỌ VÀ TÊN:TRẦN THỊ XOAN

MSV:0974140023


TRƯỜNG :ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Trong đó:
GP: lượng sản phẩm đỉnh (P): GP = 2057,36 (kg /h)
GR: lượng hồi lưu: GR = GP.R(kg/h) = 2057,36 .0,404 =831,17(kg/h)

Suy ra:
gđ = GP(R + 1) =2057,36.(0,404 + 1) = 2888,533 (kg/h)
Lượng hơi đi vào đoạn luyện: lượng hơi g1, hàm lượng hơi y1, và
lượng lỏng G1 đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện được xác định theo hệ
phương trình của cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng sau:
g1 = G1 + G P

g1 y1 = G1 x1 + G P x P
g r = g r
d d
 11

(*)

Trong các phương trình trên coi x1 = a = 0,281 (phần khối lượng)
r1: ẩm nhiệt hóa hơi đi vào đĩa luyện thứ nhất (kcal/mol)
rđ: ẩm nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi đỉnh tháp (kcal/mol)
r1 = rA.y1 + (1- y1). rB

rđ = rA.yđ + (1- yđ). rB
yđ = yP (phần khối lượng)
rA: ẩm nhiệt hóa hơi của nước
rB: ẩm nhiệt hóa hơi của metylic
Xác định ẩm nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi đỉnh tháp:
Từ số liệu bảng IX.2a (Sổ tay QT&TBCNHC-2 trang 150) ta xác
định được:
nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu tF =73,54C ứng với yF = xF = 0,41
nhiệt độ sôi của hỗn hợp đỉnh tP =65,93C ứng với yP = xP =0,946,
nhiệt độ sôi của sản phẩm đáy tW =96,92C ứng với yW = xW =0,02 .
Xác định ẩm nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi đỉnh tháp:

HỌ VÀ TÊN:TRẦN THỊ XOAN

MSV:0974140023


TRƯỜNG :ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Áp dụng công thức nội suy:
r = r + (t -t)
Xác định ẩm nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa luyện thứ nhất:
Nội suy theo bảng I.212 đối với nước bảng I.213 đối với metylic (Sổ tay
QT&TBCNHC-T1) với tF = 73,540C ta có:
r =579+(73,54-60)= 565,46(kcal/kg)
r = 265 + (73,54-70) = 262,76 (kcal/kg)
Nội suy theo bảng I.212 đối với nước bảng I.213 đối với metylic (Sổ tay
QT&TBCNHC-T1) với tp = 65,930C ta có:

r = 572,57 (kcal/kg); r =267,58 (kcal/kg)
r = r.y + (1 - y)r = 544,51
Suy ra:
r = r.y + (1 - y).r = 565,46.y + (1 - y).262,76
= 262,76 + 302,7.y (kcal.kg)
Thay r1, GP , x1, xP, gđ, rđ vào hệ (*), và giải ra ta được:
G1=1273,31(kg/h)
g1=3330,667(kg/h)
y1=0,692
r1=472,22(kcal/kg)
•

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện:
g = = = 3109,6 (kg/h)

•

Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện:
G = = = 2080,92 (kg/h)
b.Xác định lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng:

HỌ VÀ TÊN:TRẦN THỊ XOAN

MSV:0974140023


TRƯỜNG :ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng được xác định gần đúng
bằng trung bình cộng của lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng và lượng hơi
đi vào đoạn chưng:
g n, + g1,
g =
2
,
tb

Vì lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn
luyện

g n, = g1

nên ta có thể viết:

g1 + g1,
g =
2
,
tb

Lượng hơi đi vào đoạn chưng

g1'

, lượng lỏng G1, và hàm lượng lỏng

'
1

x

được xác định theo hệ phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng
nhiệt lượng sau:
 G1' = g1' + GW
 ' '
'
 G1.x1 = g1. yW + GW .xW
 ' '
'
'
 g1.r1 = g n .rn = g1.r1

(**)

Trong đó:
y1' = yW

; tìm theo đường cân bằng ứng với xW =0,02 (phần mol) ta được y

= 0,107 (phần mol)

Đổi yW từ phần mol sang phần khối lượng:
y = =0,064 (phần khối lượng)
r1'

: ẩm nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng
r1' = rA . y1' + (1 − y1' ).rB

HỌ VÀ TÊN:TRẦN THỊ XOAN

MSV:0974140023