Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa chóp để phân tách hỗn hợp cloroform (CHCl3) và benzen(c6h6)

Đồ án hóa công

GVHD: Phạm Thị Thanh Yên

ĐỒ ÁN MÔN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ
Họ và tên: NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG
Lớp: Hóa 4-K7
Khoa: Công nghệ hóa học
Giáo viên hướng dẫn: Phạm Thị Thanh Yên
I. Đầu đề thiết kế.
Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa chóp để phân tách hỗn hợp
Cloroform (CHCl3) và Benzen(C6H6).
II. Các số liệu ban đầu.
-

Năng suất tính theo hỗn hợp đầu: F = 12 tấn/h

-

Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong:

+ Hỗn hợp đầu: xF=0,27 phần mol
+ Sản phẩm đỉnh: xP=0,9 phần mol
+ Sản phẩm đáy: xw=0,1 phần mol
-

Tháp làm việc ở áp suất thường.

-

Hỗn hợp đầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi.

III. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán
1) Giới thiệu chung
+ Mở đầu và giới thiệu hỗn hợp đước chưng luyện
+ Vẽ và thuyết minh dây truyền sản xuất
2) Tính toán thiết bị chính
+ Tính toán cân bằng vật liệu toàn thiết bị
+ Tính đường kính tháp
+ Tính số đĩa thực tế của tháp(tính theo đường cong động học)
+ Tính chiều cao tháp

Sv: Nguyễn Thị Hồng Nhung
Lớp: ĐH Hóa 4 – K7

1

Khoa Công nghệ Hóa
Msv: 0741120253


+ Tính trở lực của tháp
+ Tính cân bằng nhiệt
3) Tính thiết bị hấp phụ
+ Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu
+ Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đáy
+ Tính bơm
+ Thùng cao vị
4) Tính toán cơ khí và lựa chọn
+ Tính bề dày thiết bị
+ Tính đáy và nắp thiết bị

+ Chọn bích ghép
+ Tính toán giá đỡ và tai treo
5) Kết luận chung
6) Tài liệu tham khảo

IV. Các bản vẽ và đồ thị
T
T
1
2

Tên bản vẽ
Vẽ dây chuyền sản xuất
Vẽ hệ thống tháp chưng luyện

Khổ giấy

Số lượng

A4
A0

01
01


PHẦN 1
MỞ ĐẦU
Chúng ta đang sống trong thế giới với khoa học kỹ thuật ngày càng phát
triển. Trong ngành công nghệ vật liệu mới không thể không nhắc đến ngành công

nghiệp hóa học, bởi công nghệ hóa thuộc lĩnh vực công nghệ đòi hỏi công nghẹ
cao, mức độ phát triển công nghệ này được coi như một chỉ thị về trình độ phát
triển một đất nước.
Nhận thấy sự phát triển như vũ bão của ngành công nghiệp hóa hoc, với lối tư duy
nhạy bén và sang 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, thợ kỹ thuật có tay nghề cao mà nó
còn mở cơ hội việc làm cho giới trẻ trong lĩnh vực công nghiệp khá mới mẻ này.
Là sinh viên khoa Công Nghệ Hóa, chúng em được trang bị rất nhiều kiến
thức cơ bản về quá trình thiết bị công nghệ sản xuất những sản phẩm hóa học.
Nhận được đồ án này chúng em đã tìm hiểu về những quá trình công nghệ, được
vận dụng những kiến thức đã học và mở rộng vốn kiến thức của mình, từ đó giúp
chúng ta có cái nhìn cụ thể hơn về ngành nghề mình đã chọn.
Công nghệ hóa học là ngành giữ vị trí quan trọng trong việc sản xuất phục
vụ cho nhiều lĩnh vực, cho ngành kinh tế quốc dân, tạo điều kiện cho nhiều ngành
phát triển theo. Với những phương pháp sản xuất khác nhau như lắng, lọc, đun
nóng, làm nguội, chưng luyện, hấp thụ, trích ly, sấy khô…..đã tạo ra rất nhiều sản
phẩm đa dạng phong phú đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn của con người. Đặc biệt
đáp ứng nhiều nhất là chưng luyện, nó được đáp ứng trong nhiều ngành nghề, lĩnh
vực, đặc biệt công nghệ lên men, công nghệ tổng hợp hữu cơ, loc – hóa dầu, công
nghệ sinh học….
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 Hoá 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 đĩachóp có ống chảy chuyền để chưng
cất hỗn hợp Cloroform (CHCl3) và Benzen ở áp suất thưởng với năng suất theo
sản phẩm đỉnh (CHCl3) là 12 tấn/h, có nổng độ sản phẩm đỉnh là 0,9 phần

molCHCl3, nồng độ sản phẩm đáy là 0,1 phần mol CHCl3, nồng độ nhập liệu là
0,27 phần mol CHCl3.


TỔNG QUAN
I.
LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT
1. Khái niệm
Chưng là phương pháp dung để tách hôn hợp khí lỏng thành các cấu tử
riêng biệt dựa vào nhiệt độ sôi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp. Khi chưng
ta thu được nhiều sản phẩm, thường có bao nhiêu cấu tử thì có bấy nhiêu sản
phẩm. Riêng đối với phương pháp chưng luyện hai cấu tử thì sản phẩm đỉnh gồm
chủ yếu là cấu tử dễ bay hơi còn sản phẩm đáy là cấu tử khó bay hơi.
Trong sản xuất thường gặp các phương pháp chưng khác nhau như: chưng
đơn giản, chưng bằng hơi nước trực tiếp, chưng chân không và đặc biệt là chưng
luyện.
Chưng luyện là phương pháp thông dụng dung để tách hoàn toàn hỗn hợp
các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan một phần hoặc hòa tan hoàn toàn vào
nhau. Chưng luyện ở áp xuất thường dung hỗn hợp dễ phân hủy ở nhiệt độ cao,
các cấu tử dễ bay hơi và ngược lại.
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 nhiệt độ sôi của các cấu tử, nếu nhiệt độ sôi của
cấu tử quá cao thì ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi cảu cấu tử.
3. Thiết bị chưng cất
Trong sản xuất người ta thường dùng loại thiết bị khác nhau để tiến hành chưng

luyện. Tuy nhiên tùy vào vào yêu cầu mà ta chon các thiết bị chưng luyện khác
nhau. Ở đây ta khảo sát tháp chóp:
Cấu tạo: Thân tháp hình trụ, thẳng đứng bên trong có gắn các đĩa có cấu tạo khác
nhau, trên đó pha lỏng và pha hơi được cho trưc tiếp với nhau.
- Ưu điểm:
+ Khá ổn định
+ Hiệu suất cao
- Nhược điểm:
+ Có trở lực lớn
+ Tiêu tốn nhiều vật tư
+ Kết cấu phức tạp
II. GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU
1. CHCl3 - Benzen


a. Benzen: là một hợp chất mạch vòng, ở dạng lỏng không màu và có mùi

thơm nhẹ. Công thức phân tử là C6H6. Benzen không phân cực, vì vậy tan
tốt trong các dung môi hữu cơ khác và rất ít tan 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 thấp khoảng bằng
1ppm cũng có thể gây ra bệnh bạch cầu, nên ngày nay benzen được sử
dụng hạn chế hơn.
Các tính chất vật lý của benzen:
o Khối lượng phân tử 78,11
o Tỷ trọng(200C): 0,879
o Nhiệt độ sôi: 800C
o Nhiệt độ nóng chảy: 5,50C
Điều chế
o Đi từ nguồn thiên nhiên

Thông thường các hidrocacbon ít được điều chế trong phòng thí
nghiệm, vì có thể thi được lượng lớn nó bằng phương pháp chưng cất
than đá, dầu mỏ….
o Đóng vòng và dehidro hóa ankan
o Các ankan có thể tham ra đóng vòng và dehidro hóa tạo thành
hidrocacbon thơm ở nhiệt độ cao và có mặt xúc tác như Cr 2O3 hay các
kim loại chuyển tiếp như Pd. Pt.
Al2 03 / Cr2 03


→

CH3(CH2)4CH3
C6H6
o Dehidro hóa các cycloankan
Các cycloankan có thể bị dehidro hóa ở nhiệt đọ cao với sự có mặt của
chất xúc tác kim loại chuyển tiếp tạo thành benzen hay các dẫn xuất
của benzene.
Pd
Pt
/
→

C6H12
C6H6
o Đi từ axetylen
Đun axetylen có mặt của xúc tác là than hoạt tính hay phức của Niken
như Ni(CO)[(C6H5)P] sẽ thu được benzene.
xt
→

3C2H2
C6H6
b. Cloroform: hay còn gọi là triclorometan và mêtyl triclorua là một hợp
chất hóa học thuộc nhóm trihalometan và có công thức CHCl 3. Nó không
cháy trong không khí, trừ khi tạo thành hốn hợp với các chất dễ cháy hơn.
CHCl3 còn là một chất độc với môi trường.
- Khối lượng phân tử: 119,38 g/mol
- Tỷ trọng: 1,48 g/cm3, chất lỏng
- Nhiệt độ sôi: 61,20C


-

Nhiệt độ nóng chảy: -63,50C

Điều chế
Trong công nghiệp, người ta điều chế CHCl 3 bằng đốt nóng hỗn hợp clo và
clometan hay meetan. Ở nhiệt độ 400-5000C.
CH4 + Cl2 = CH3Cl + HCl
CH3Cl + Cl2 = CH2Cl2 + HCl
CH2Cl2 + Cl2 = CHCl3 + HCl
Tiếp tục phản ứng Clo hóa, Cloroform chuyển thành CCl4
CHCl3 + Cl2 = CCl4 + HCl
2. Hỗn hợp cloroform - benzen
• Ta có bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp
cloroform – benzen ở 760 mmHg. ( Tham khảo sổ tay tập II )
x(%
phần
mol)

y(%
phần
mol)
t ( 0C)

0

5

0

6,5

10

20

12,6 27,5

30

40

50

41

54,6

66

60

70

80

90

74,6 83 90,5 96,2

100
100

80,6 80,1 79,6 78,4 77,2 75,9 74,5 73,1 71 68,7 65,7 61,5


PHẦN 2
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT
I.Vẽ dây chuyền sản xuất.
Sơ đồ hệ thống chưng luyện:

6
3

7

8
4

5

12

9
1
2
10

11


GHI CHÚ:
1. Thùng chứa hỗn hợp đầu

7. Tiết bị phân dòng

2. Bơm chất lỏng

8. Thiết bị làm lạnh

3. Thùng cao vị

9. Thiết bị đun sôi ở đáy

4. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu

10. Thùng chứa sản phẩm đỉnh

5. Tháp chưng luyện

11. Thùng chứa sản phẩm đáy

6. Thiết bị ngưng tụ hơi

12. Lưu lượng kế

II. Nguyên lý làm việc.
Ở đây dùng tháp chưng luyện liên tục loại đĩa chóp ở áp suất thường. Sơ đồ nguyên
lý dây chuyền sản xuất được trình bày trên hình 1. Quá trình làm việc của dây
chuyền như sau:
Nguyên liệu đầu được chứa vào thùng chứa 1 và được bơm 2 bơm lên thùng
cao vị 3. Mức chất lỏng cao nhất và thấp nhất ở thùng cao vị được khống chế tự
động nhờ thiết bị TĐ thông qua việc chỉnh tự động bơm 2. Từ thùng cao vị, hỗn
hợp đầu qua thiết bị đun nóng dung dịch đầu 4. Tại đây dung dịch được gia nhiệt
bằng hơi nước bão hoà ở nhiệt độ sôi. Sau đó vào tháp chưng luyện 5ở đĩa tiếp liệu.
Tháp chưng luyện gồm hai phần: phần từ đĩa tiếp liệu trở lên gọi là đoạn
luyện, phần từ đĩa tiếp liệu trở xuống gọi là đoạn chưng.
Ở đoạn chưng có bộ phận đun bốc hơi 9. Bộ phận này được gia nhiệt bằng
hơi nước.
Như vậy trong tháp hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng đi từ trên xuống. Vì theo
chiều cao tháp , nhiệt độ càng lên cao càng thấp nên hơi khi đi qua các đĩa từ dưới
lên, cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽ ngưng tụ lại và cuối cùngở trên đỉnh ta thu được
hỗn hợp gồm hầu hết các cấu tử dễ bay hơi. Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ hơi
6(hơi đi ngoài ống, nước lạnh đi trong ống và từ dưới lên). Ở đây hơi được ngưng
tụ lại. Một phần chất lỏng sau khi ngưng tụ hồi lưu về tháp ở đĩa trên cùng, một
phần khác đi qua thiết bị làm lạnh 8 để làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết rồi đi vào
thùng chứa sản phẩm đỉnh.

Chất lỏng đi từ trên xuống gặp hơi có nhiệt độ cao hơn, một phần cấu tử có
nhiệt độ sôi thấp( cấu tử dễ bay hơi ) được bốc hơi và do đó nồng độ cấu tử khó bay
hơi trong chất lỏng ngày càng tăng. Cuối cùng ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng
gồm hầu hết cấu tử khó bay hơi.Thiết bị gia nhiệt 9 để đun sôi tuần hoàn và bốc hơi
hỗn hợp đáy tháp. Một phần chất lỏng tháo ra ở đáy nồi và được cung cấp vào phần
dưới của tháp. Một phần khác được tháo ra liên tục đưa vào thùng chứa sản phẩm
đáy 11 khống chế bằng các van. Nước ngưng tụ của các thiết bị gia nhiệt được tháo
qua các thiết bị tháo nước ngưng tự động 12.
Ở thiết bị chưng luyện này: hỗn hợp đầu vào liên tục và các sản phẩm đỉnh
và đáy lấy ra liên tục.

PHẦN 3
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
•
-

Giả thiết:
Số mol pha hơi đi từ dưới lên là bằng nhau trong tất cả mọi điều kiện 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 bằng hơi đốt gián tiếp.
F: năng suất tính theo hỗn hợp đầu F = 12 (tấn/h)
Thiết bị làm việc ở áp suất thường.
Tháp chưng loại tháp chóp.
• Điều kiện:

- xF: nồng độCHCl3 hỗn hợp đầu là 0,27 phần mol.
- xP: nồng độ CHCl3trong sản phẩm đỉnh là 0,9 phần mol.
- xW: nồng độCHCl3 trong sản phẩm đáy là 0,1 phần mol.
- M1: khối lượng phân tử CHCl3= 119,38 (kg/kmol)
- M2: khối lượng phân tử Benzen = 78,1121 (kg/kmol)
-

I.Cân bằng vật liệu toàn thiết bị.
- Hỗn hợp đầu vào F(Cloroform - Benzen) được tách thành sản phẩm đỉnh
P(Cloroform) và sản phẩm đáy W(Benzen) ở đĩa trên cùng có một lượng
lỏng hồi lưu, ở đáy tháp có thiết bị đun sôi, lượng hơi đi ra ở đỉnh tháp là D.
- Theo phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp:
F=P+W
- Phương trình cân bằng vật liệu cho cấu tử dễ bay hơi:
F.aF = P.aP + W.aW
* Đổi nồng độ phần mol sang nồng độ phần khối lượng:
a=
aP=

x×MA
x × M A + (1 − x) × M B

xP × M A
0,9 × 119,38
=
= 0,932
x P × M A + (1 − x P ) × M B 0,9 × 119,38 + (1 − 0,9) × 78,1121

xw

aW=

xw × M A
0,1 × 119,38
=
× M A + (1 − x w ) × M B 0,1 × 119,38 + (1 − 0,1) × 78,1121 = 0,145
xf ×M A

aF=

x f × M A + (1 − x f ) × M B

=

=> Lượng sản phẩm đỉnh là:

0,27 × 119,38
= 0,361
0,27 × 119,38 + (1 − 0,27) × 78,1121

a F − aW
0,361 − 0,145
= 12000.
= 3293,52(kg / h)
a P − aW
0,932 − 0,145

P = F.
=> Lượng sản phẩm đáy là:

W = F – P = 12000-3293,52=8706,48 (kg/h)
* Khối lượng trung bình của hỗn hợp đầu vào, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy là:
- Công thức tính: M = x.MA + ( 1- x).MB
Trong đó:M là khối lượng phân tử trung bình của hỗn hợp (kg/kmol)
X là nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp
MA, MB: lần lượt là khối lượng phân tử của CHCl3 và Benzen
- Khối lượng phân tử trunh bình của hỗn hợp vào tháp là:
MF = xf.MA + (1-xf)MB
= 0,27.119,38 + (1-0,27).78,1121=89,2544 (kg/kmol)
Khối lượng phân tử trung bình của sản phẩm đỉnh là:
MP = xP.MA + (1-xP)MB
= 0,9.119,38 +(1-0,9).78,1121=115,253 (kg/kmol)
-

-

Khối lượng phân tử trung bình của sản phẩm đáy là:

MW = xW.MA + (1-xW)MB
= 0,1.119,38 + (1-0,1).78,1121 = 82,239 (kg/kmol)
Lượng hỗn hợp đầu F, lượng sản phẩm đỉnh P, lượng sản phẩm đáy W tính theo
phần mol là:
=

F=12000(kg/h)

12000
= 134,447(kmol / h)
89 ,2544

=

P=3293,52(kg/h)
=

3293,52
= 28,576(kmol / h)
115,253

8706 ,48
= 105,868 ( kmol / h)
82 ,239

W=8706,48(kg/h)

II.Tính chỉ số hồi lưu thích hợp.
1. Đường cân bằng lỏng hơi.
Từ số liệu ở bảng cân bằng lỏng - hơi trên ta vẽ được đồ thị x-y sau:


Với xF = 0,27( phần mol), dóng lên đường cân bằng y*-x ta được y*F= 0.3703.
2. Chỉ số hồi lưu tối thiểu của tháp chưng luyện:
x P − y *F
0,9 − 0,3703
=
= 5.281
*
y F − x F 0,3703 − 0,27
Rmin=

3. Chỉ số hồi lưu thích hợp.
- Cho R biến thiên, với mỗi giá trị của R ta xác định được số đĩa lý thuyết

tương ứng.
Rx = β.Rmin , với β là hệ số dư


Vấn đề chọn chỉ số hồi lưu thích hợp là rất quan trọng, vì khi chỉ số hồi lưu
bé thì số bậc của tháp lớn nhưng tiêu tốn hơi đốt ít, ngược lại khi chỉ số hồi
lưu lớn thì số bậc của tháp ít hơn nhưng tiêu tốn hơi đốt lại rất lớn.
- Trong công nghiệp người ta tính gần đúng trong khoảng sau:
Rx = (1,2 ÷2,5).Rmin
- Phương trình làm việc đoạn chưng:
-

y=

f + Rx
1− f
.x +
.x w
Rx + 1
Rx + 1

-

phương trình làm việc đoạn luyện:

y=

Rx
xP
.x +
.
Rx + 1
Rx + 1

f =

Với
đỉnh.

F 134,447
=
= 4,704
P
28,576

: lượng hỗn hợp đầu tính theo 1 đơn vị sản phẩm


Khi β = 1,2 => Rx = 1,2.5,281=6,3372
Phương trình đoạn luyện là: y = 0,8637.x + 0,122
Phương trình đoạn chưng là : y=1,505x-0,0505
Khi đó ta có đồ thị sau:
•

Số đĩa lý thuyết là: N = 20.

•
•
•
•

Khi β = 1,4 => Rx = 1,4.5,281=7,3934.
Phương trình đoạn luyện là: y = 0,88.x + 0,107
Phương trình đoạn chưng là : y=1,4413x-0,044
Ta có đồ thị sau:

Số đĩa lý thuyết là: N = 16.


Khi β = 1,6 thì Rx = 1,6.5,281=8,4496
•
•
•

Phương trình đoạn luyện là: y = 0,8941.x + 0,095
Phương trình đoạn chưng là: y = 1,3919.x – 0,0391
Khi đó ta có đồ thị sau:

Số đĩa lý thuyết là: N = 15.


Khi β = 1,8 thì Rx = 1,8.5,281=9,5058
Phương trình đoạn luyện là: y = 0,9048.x + 0,085
Phương trình đoạn chưng là: y = 1,3525.x – 0,0352
Ta có đồ thị sau:
•

•
•

Số đĩa lý thuyết là N = 14

Khi β = 2 thì Rx = 2.5,281=10.562


-

Phương trình đoạn luyện là: y = 0,9135.x + 0,077
Phương trình đoạn chưng: y = 1,3203.x - 0,032
Ta có đồ thị sau:

Số đĩa lý thuyết là: N = 13

Khi β = 2,2 thì Rx= 2,2.5,281=11,6182
- Phương trình đoạn luyện là: y = 0,9207.x +0,071
- Phương trình đoạn chưng: y = 1,2935.x - 0,0293


-

Ta có đồ thị sau:

Số đĩa lý thuyết là: 13

•
-

Khi β = 2,4 thì Rx = 2,4.5,281=12,6744
Phương trình đoạn luyện là: y = 0,9268.x + 0,065
Phương trình đoạn chưng là: y = 1,2708.x – 0,027


-

Ta có đồ thị sau:

Số đĩa lý thuyết là: N = 12.

•
-

Khi β = 2,5 thì Rx = 2,5.5,281=13,2025
Phương trình đoạn luyện là: y = 0,9295.x + 0,063
Phương trình đoạn chưng là: y = 1,2607.x – 0,026
Ta có đồ thị sau:


Số đĩa lý thuyết là: N = 12.

β
Rx
N

Từ các đồ thị trên ta có bảng kết quả sau:
1.2
1.4
1.6

1.8
6.3372
7.3934 8.4496
9.5058
20
16
15
14

2
10.562
13

2.2
11.6182
13

2.4
12.6744
12

2.5
13.2025
12


N(Rx+1
)

146.74

164.036 164.092
4 134.2944 141.744 147.0812 150.306
6
8
Từ bảng giá trị trên ta có đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa Rx và N(Rx+1)
Từ đó ta có giá trị:Rth = Rx=7,2508
N(Rth+1)=134,0841
Số đĩa lý thuyết N=16

170.43

III. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP
- Đường kính tháp được tính theo công thức:

Dt=

4Vtb
π .3600.ω tb

g tb
( ρ y .ω y ) tb

= 0,0188
(m) [ II. 181 – IX.89]
Vtb: lượng hơi trung bình đi trong tháp m3/h.
ω

: tốc độ hơi trung bình đi trong tháp m/s.
gtb: lượng hơi trung bình đi trong tháp Kg/h.
(ωtb.ρy)tb : tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (kg/m2s)

Vì lượng hơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao của tháp và khác nhau
trong mỗi một đoạn cho nên ta phải tính lượng hơi trung bình riêng cho từng
đoạn.
tb

-

1.Tính đường kính đoạn luyện.
1.1 Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện.
-

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện có thể tính bằng công thức sau:

gđ + gl
2

gtb=
kg/h [ II.181 – IX.91]
Trong đó:
gtb: lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện
gđ : lượng hơi đi ra đĩa trên cùng của tháp ( kg/h)
g1: lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện (kg/h)
• Xác định gđ:gđ = gR + gP = gP ( Rth + 1)= 28,576(7,2508+1)
=235,7748(kmol/h) [II.181 – IX.92]
Trong đó:
GP: lượng sản phẩm đỉnh (kmol/h)
Rth: chỉ số hồi lưu thích hợp.
•

Xác định g1:

-

Lượng hơi đi vào đoạn luyện được xác định theo hệ phương trìn cân bằng và

nhiệt lượng sau:(I)

g l = Gl + G P


 g l . y l = Gl . x l + G P . x P

g l .rl = g d .rd


[II.182 – IX.93,94,95]

Trong đó:
g1: lượng hơi đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện (kg/h)
y1: hàm lượng hơi đối với đĩa 1 của đoạn luyện (kg/h)
G1: lượng lỏng đối với đĩa 1 của đoạn luyện ( kg/h)
- Trong hệ phương trình trên, ta coi: x1= xF = 0.27 ( kmol/kmol) tương đương
0,361 phần khối lượng.
- r1, rđ lần lượt là ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất và đi ra
khỏi đỉnh tháp.
r1, rđ được xác định bởi công thức:
r1 = ray1 + (1-y1).rb
rđ = ra.yđ + (1 – yđ).rb
ra: ẩn nhiệt hóa hơi của CHCl3

rb: ẩn nhiệt hóa hơi của C6H6
Có :
- yđ = xp = 0.9 (kmol/kmol) tương đương 0,932 phần khối lượng
- Tra từ đồ thị t-x,y (IX.2a-II.145) nội suy ta có nhiệt độ sôi của hỗn hợp ở xP,
xF, xW là:
Với xF=0,27 phần mol ta có tF = 77,56 (oC)
Với xP=0,9 phần mol ta có tP = 65,7 (oC)
Với xW=0,1 phần mol ta có tW= 79,6 (oC)
Tra [ I.254 bảng I.212] và áp dụng công thức nội suy, ta có:
59,1 +

rCHCl3(tF) =

55,2 − 59,1
(77,56 − 60) = 57,3879 ( Kcal / Kg ) = 28676 ,779( KJ / Kmol)
100 − 60

59,1 +

55,2 − 59,1
(65,7 − 60) = 58,54425( Kcal / Kg ) = 29254,60879 ( KJ / Kmol)
100 − 60

rCHCL3(tP) =
Tương tự trên, nội suy ta có:
97,5 +

90,5 − 97,5
(77,56 − 60) = 94,427( Kcal / Kg ) = 30874 ,0056( KJ / Kmol)
100 − 60

97,5 +

90,5 − 975
(65,7 − 60) = 96,5025( Kcal / Kg ) = 31552,614( KJ / Kmol)
100 − 60

rC6H6(tF) =
rC6H6(tP) =


Vậy ta có:
r1=28676,779.y1 + (1 – y1).30874,0056= 30874,0056 – 2197,2266.y1( KJ/Kmol)
rđ = 0,9.29254,60879 + (1 - 0,9).31552,614= 29484,40931( kJ/kmol)
Thay vào hệ phương trình (I) ta có:
g1 = G1 + 28,576


g1 . y1 = G1 .0,27 + 28,576.0,9

 g .( 30874 ,0056 − 2197,2266. y ) = 235,7748.29484,40931
1
 1

 g1 = 230,88 ( kmol / h)

 G1 = 202,304( kmol / h)
 y = 0,3479(kmol / kmol)
 1


Suy ra: r1 = 30874,0056-2197,2266.0,3479=30109,59(kJ/kmol)
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện là:
g đ + g1 (235,7748 + 230,88 )
=
= 233,3274(kmol / h)
2
2

gtb=
Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện là:
G xL = G L =

G1 + Rth .G P 202,304 + 7,2508.28,576
=
= 204,751( kmol / h)
2
2

1.2 Tính khối lượng riêng trung bình
•

Đối với pha khí:

y tb1 .M 1 + (1 − y tb1 ) M 2
.273(kg / m 3 )
22,4.T

ρytb =
Trong đó:

[II.183 – IX.102]

y đ 1 + y c1
2

ytb1=
M1, M2: khối lượng mol của CHCl3 và C6H6
T: nhiệt độ làm việc trung bình của tháp.
yđ1: nồng độ CHCl3 tại đĩa tiếp liệu của đoạn luyện (kmol/kmol)
yc1: nồng độ CHCl3tại đỉnh tháp (kmol/kmol)
yđ1=y1=0,3479(kmol/kmol)
yc1=xp= 0,9(kmol/kmol)
0,3479 + 0,9
= 0,62395(kmol / kmol )
2

Suy ra: ytb1=
Nội suy ở đồ thị t-x,y với ytb1= 0,62395(kmol/kmol) có: ttb1=74,9427 (oC)
 T = 273 + 74,9427= 347,9427 (oK)


 ρytb=

•

0,62395.119,38 + (1 − 0,62395).78,1121
.273 = 3,638(kg / m 3 )
22,4.347,9427

Đối với pha lỏng:

a
1 − atb1
1
= tb1 +
(kg / m 3 )
ρ xtb ρ xtb1
ρ xtb 2

[II.182-IX.104a]

ρxtb: khối lượng riêng của pha lỏng (kg/m3)
ρxtb1, ρxtb2: khối lượng riêng của CHCl3 và C6H6tại nhiệt độ trung bình(kg/m3)
atb1: phần khối lượng của CHCl3 trong pha lỏng (kg/kg)
-

Nồng độ mol trung bình trong pha lỏng của đoạn luyện:

xtbL=

x P + x F 0,9 + 0,27
=
= 0,585 (kmol / kmol )
2
2

Nội suy ở đồ thị t-x,y với xtbL = 0,585( kmol/kmol) ta được ttb= 73,31oC.
-

Tra [I.2 – tập I], ta có:

ρCHCl3(60o)= 1411 ( kg/m3)
ρCHCl3(80o)= 1380 ( kg/m3)
1411 +

=>ρCHCl3(73,31o)=

1380 − 1411
(77,72 − 60) = 1383,534(kg / m 3 )
80 − 60

ρC6H6(60o)= 836 ( kg/m3)
ρC6H6(80o)= 815 ( kg/m3)
836 +

=>ρC6H6(73,31o)=

815 − 836
(73,31 − 60) = 822 ,0245(kg / m 3 )
80 − 60

- Nồng độ pha lỏng đoạn luyện tính theo phần khối lượng là: