đồ án chưng luyện nước – acid acetic

Chưng luyện Nước – Acid acetic

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

LỜI MỞ ĐẦU
Một trong những ngành có sự đóng góp to lớn đến ngành công nghiệp nước ta
nói riêng và thế giới nói chung, đó là ngành công nghiệp hóa học. Đặc biệt là ngành
hóa chất cơ bản.
Đi đôi với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì nhu cầu về độ tinh khiết của
các sản phẩm ngày càng cao. Vì thế các phương pháp nâng cao độ tinh khiết luôn được
cải tiến và đổi mới để ngày càng hoàn thiện hơn, như là: cô đặc, hấp thụ, chưng cất,
trích ly,... Tùy theo đặc tính, yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp
phù hợp. Đối với hệ Nước- Acid acetic là hai cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta dùng phương
pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết.
Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị là một môn học mang tính tổng hợp
trong quá trình học tập của các kỹ sư Công nghệ hóa học 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 hóa 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
kỹ thuật thực tế một cách tổng hợp.
Nhiệm vụ của Đồ án này là thiết kế hệ thống chưng cất Nước – Acid acetic có
năng suất là 3000 kg/h, nồng độ nhập liệu là 30% khối lượng, nồng độ sản phẩm đỉnh
là 95% khối lượng, nồng độ sản phẩm đáy là 0,5% khối lượng. Sử dụng hơi đốt có áp
suất 3,0 at.

1


Chưng luyện Nước – Acid acetic

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU
I.1.
LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT :
I.1.1. Khái niệm:
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 riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử
trong hỗn hợp.
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, còn trong quá trình cô đặc thì chỉ có dung môi bay hơi
còn chất tan không bay hơi.
I.1.2. Các 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.
c. Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp:
- Cấp nhiệt trực tiếp.
- Cấp nhiệt gián tiếp.
Vậy: đối với hệ Nước – Acid acetic, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp
nhiệt gián tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường.
I.1.3. Thiết bị chưng cất
Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để tiến hành chưng cất.
Tuy nhiên yêu cầu cơ bản chung của các thiết bị vẫn giống nhau: 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 khí phân tán vào pha lỏng ta có các loại tháp mâm, nếu pha lỏng

phân tán vào pha khí ta có tháp chêm, tháp phun,… Ở đây ta khảo sát 2 loại thường
dùng là tháp mâm và tháp chêm.
 Tháp mâm: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các mâm có cấu
tạo khác nhau, trên đó pha lỏng và pha hơi được cho tiếp xúc với nhau. Tùy
theo cấu tạo của đĩa, ta có:
- Tháp mâm chóp : trên mâm bố trí có chóp dạng tròn, xupap, chữ s…
- Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh.
 Tháp chêm (tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với nhau bằng mặt
bích hay hàn. Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp:
xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự.
Ở đây ta sử dụng tháp mâm xuyên lỗ để chưng cất hệ Nước – Acid acetic.

2


Chưng luyện Nước – Acid acetic
I.2.

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

GIỚI THIỆU SƠ BỘ VỀ NGUYÊN LIỆU :

I.2.1. Acid acetic:
Acid acetic nóng chảy ở 16,6oC, điểm sôi 118oC, hỗn hợp trong nước với mọi tỷ
lệ.
- Tính ăn mòn kim loại:
 Acid acetic ăn mòn sắt.
 Nhôm bị ăn mòn bởi acid loãng, nó đề kháng tốt đối với acid acetic đặc và
thuần khiết. Đồng và chì bị ăn mòn bởi acid acetic với sự hiện diện của không khí.
 Thiếc và một số loại thép nikel – crom đề kháng tốt đối với acid acetic.

- Acid acetic thuần khiết còn gọi là acid glaxial bởi vì nó dễ dàng đông đặc kết
tinh như nước đá ở dưới 17oC, đước điều chế chủ yếu bằng sự oxy hóa đối với andehit
axetic. Không màu sắc, vị chua, tan trong nước và cồn etylic.
-

I.3. Nước:
- Trong điều kiện bình thường: nước là chất lỏng không màu, không mùi, không
vị nhưng khối nước dày sẽ có màu xanh nhạt.
- Khi hóa rắn nó có thể tồn tại ở dạng 5 dạng tinh thể khác nhau.
- Tính chất vật lý:
 Khối lượng phân tử : 18 g / mol
 Khối lượng riêng d40 c : 1 g / ml
 Nhiệt độ nóng chảy : 00C
 Nhiệt độ sôi
: 1000 C
- Nước là dung môi phân cực mạnh, có khả năng hoà tan nhiều chất và là dung
môi rất quan trọng trong kỹ thuật hóa học.

3


Chưng luyện Nước – Acid acetic

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Chú thích các kí hiệu trong qui trình:
1. Bồn chứa nguyên liệu.
2. Bơm.
3. Bồn cao vị.

4. Thiết bị trao đổi nhiệt với sản phẩm đỉnh.
5. Thiết bị đun sôi dòng nhập liệu.
6. Bẩy hơi.
7. Lưu lượng kế.
8. Nhiệt kế.
9. Tháp chưng cất.
10. Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh.
11. Áp kế.
12. Thiết bị đun sôi đáy tháp.
13. Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy.
14. Bồn chứa sản phẩm đáy.
15. Bồn chứa sản phẩm đỉnh.

4


Chưng luyện Nước – Acid acetic

GVHD: Hồng Trung Ngơn

φ1 50
1
2
3

φ 80

404

φ1408

1017

5

4

50

6

1933

20

400

3

20

5600

I

A-A
TL 1:1 0

II

8

7

φ3

9
7

I
T L 4:1

3
10

10
φ 1550

4

M10x25

φ 1500

11
5

M24x100

35

4

T

III

4
3

V 50 x 50

5
9
II
TL 1:1

12

III
TL 1 :2

8

φ8 0

15

6

T

M20x45

7

A

180
330
400

12500

13
11
T P

φ 15 0

3
10

5
TL 1:5

φ 80

15
14

T
4
225

7

400
225
260

16

460
250

10

11
TL 1:10

25

φ 30
160
20

T

10

16

10

190

6

25

170

9
8
15

8

10

320

5

2

1
12

16

16
TL 1:10

φ 27

16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1

Cha ân đ ỡ
Đáy th iết bò
Ốn g da ãn l ỏng ra
Ốn g da ãn h ơi v ào
Ốn g da ãn n hập liệu
Ta i tr eo
Bích nố i thân

Máng ch ảy c huye àn
Ma âm xu yên lỗ
Gơ ø cha ûy tr àn
Th ân th iết bò
Kính qu an sát
Ống hoa øn lưu
Bíc h no ái na ép ( đáy) và t hân
Nắp th iết bò
Ốn g da ãn h ơi ra

STT

TÊN GỌI

CT3
X1 8H1 0T
X1 8H1 0T
X1 8H1 0T
X18 H10 T
CT3
X18 H10 T
X1 8H1 0T
X1 8H1 0T
X18 H10 T
X18 H10 T
Thu ûy t inh
X18 H10 T
X18 H10 T
X18 H10 T
X18 H10 T

4
1
1
1
1
4
14
71
71
71
1
2
1
2
1
1

V ẬT L IỆU

SL

13

14
GHI CHÚ

Tr ườ ng Đ ại h ọc B ác h K hoa Tp. H ồ Ch í Minh
K hoa Côn g ng hệ Hóa học
BỘ MÔ N MÁY VÀ THI ẾT BỊ

200

15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1

Bồn chư ùa sản pha åm đỉnh
Bồn chư ùa sản pha åm đáy
Thi ết bò làm ng uội sản phẩm đ áy
Thi ết bò đu n so âi đáy th áp
Áp ke á
Thi ết bò ng ưng tu ï sản ph ẩm đ ỉnh
Tha ùp chư ng c ất
Nh ie ät kế
Lưu lư ợng kế
Bẩy hơi
Thi ết bò đu n so âi dòng nhập lie äu

TB tr ao đổi n hie ät với sản ph ẩm đỉ nh
Bồn cao vò
Bơm
Bo àn chư ùa n guyên liệu

STT

Đồ a ùn m ôn học Qua ù trình và Th iết b ò :

TÊN GỌI

SVT H

Nguyễn T. Hiền Lương

G VHD

Nguy ễn Văn Lục

C NBM

Vu õ BáMin h

C hức năng

Họ tên

Tỉ lệ

BẢN VẼ LẮP ĐẶT

Chữ k ý

Bản v ẽ số

ĐA ËC TÍNH KỸ T HUẬT

SL

G HI CHÚ

Tr ườn g Đại h ọc Ba ùc h Khoa Tp. Hồ Ch í Minh
Khoa Công ng hệ Hóa h ọc
B Ộ MÔN MÁY VÀ THIẾT BỊ

T HIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC - AXIT AXETIC
DÙNG THÁP MÂM XUYÊN LỖ
1:10

Đồ a ùn môn học Q uá tr ình v à Th iết b ò :

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC -AXIT AXETIC
DÙNG THÁP MÂM XUYÊN LỖ

2/ 2

Ngày HT

25/06 /05

Ngày BV

28/06 /05
SVTH

Nguyễn T . Hiền L ương

GVHD

Nguye ãn Văn L ục

CN BM

Vũ BáMinh

Chức năng

H ọtên

Tỉ le ä

QUY T RÌNH CÔNG NGHỆ
Chữ ký

B ản vẽ so á

1/2

N gàyHT

25/06/05

N gàyBV

28/06/05

11
T P

2

1
12

13

14

5


Chưng luyện Nước – Acid acetic

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

Hỗn hợp Nước – Acid acetic có nồng độ nước 30% (theo phần khối lượng), nhiệt
độ khoảng 300C tại bình chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3).
Từ đó được đưa đến thiết bị trao đổi nhiệt với sản phẩm đỉnh (4). Sau đó, hỗn hợp
được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi trong thiết bị đun sôi dòng nhập liệu (5), rồi được đưa
vào tháp chưng cất (9) ở đĩa nhập liệu.
Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn luyện 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 (12) 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 acid acetic sẽ ngưng tụ lại, cuối
cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp có cấu tử nước chiếm nhiều nhất (có nồng độ
95% phần khối lượng). Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ (10) và được ngưng tụ hoàn
toàn. Một phần chất lỏng ngưng tụ được trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu trong thiết bị
(4) (sau khi qua bồn cao vị). Phần còn lại của chất lỏng ngưng tụ được hoàn lưu về
tháp ở đĩa trên cùng. 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 tháp ta thu được
hỗn hợp lỏng hầu hết là các cấu tử khó bay hơi (acid acetic). Hỗn hợp lỏng ở đáy có
nồng độ nước là 0,5% phần khối lượng, còn lại là acid acetic. Dung dịch lỏng ở đáy đi
ra khỏi tháp vào nồi đun (12). Trong nồi đun dung dịch lỏng một phần sẽ bốc hơi cung
cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc, phần còn lại ra khỏi nồi đun đi qua thiết bị làm
nguội sản phẩm đáy (13), được làm nguội đến 350C , rồi được đưa qua bồn chứa sản
phẩm đáy (14).
Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là nước, sau khi trao đổi nhiệt với
dòng nhập liệu có nhiệt độ 35oC và được thải bỏ. Sản phẩm đáy là acid acetic được giữ
lại.

Trang 6


Chưng luyện Nước – Acid acetic

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

Chương 3
CÂN BẰNG VẬT CHẤT

III.1. CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU :
Chọn loại tháp là tháp mâm xuyên lỗ.
Khi chưng luyện dung dịch acid acetic thì cấu tử dễ bay hơi là nước.
Axit axetic : CH 3 COOH ⇒ M A = 60 (g / mol)
Nöôùc : H 2 O ⇒ M N = 18 (g / mol)

Hỗn hợp: 







Năng suất nhập liệu: GF = 3000 (kg/h)
Nồng độ nhập liệu: xF = 30% (kg nước/ kg hỗn hợp)
Nồng độ sản phẩm đỉnh: xD = 95% (kg nước/ kg hỗn hợp)
Nồng độ sản phẩm đáy: xW = 0,5% (kg nước/ kg hỗn hợp)
Áp suất hơi đốt: Ph = 3,0at
Chọn:
 Nhiệt độ nhập liệu: tFV = 30oC
 Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi làm nguội: tWR = 35oC
 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi vào: tV = 30oC
 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi ra: tR = 45oC
 Trạng thái nhập liệu là trạng thái lỏng sôi.
 Các ký hiệu:
 GF, F: suất lượng nhập liệu tính theo kg/h, kmol/h.
 GD, D: suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo kg/h, kmol/h.
 GW, W: suất lượng sản phẩm đáy tính theo kg/h, kmol/h.
 xi, xi : nồng độ phần mol, phần khối lượng của cấu tử i.

I.

XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ĐỈNH và SẢN PHẨM ĐÁY THU
ĐƯỢC :
G F = G D + G W
G F x F = G D x D + G W x W

Đun gián tiếp : 

GW
GF
GD
=
=
xD − xW xF − xW xD − xF
xF − xW
30 − 0,5
GF =
3000 = 931,579 (kg/h)
Nên : GD =
xD − xW
95,5 − 0,5

⇔

Và: GW = GF – GD = 3000 – 931,579 = 2068,421 (kg/h)

II.

XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HOÀN LƯU LÀM VIỆC :

1. Nồng độ phần mol:

Trang 7


Chưng luyện Nước – Acid acetic

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

xF
0,3
MN
18
xF =
=
= 0,588 (mol nước/ mol hỗn hợp)
xF 1 − xF
0,3 1 − 0,3
+
+
18
60
MN
MA
xW
0,005
MN
18
xW =
=

= 0,016 (mol nước/ mol hỗn hợp)
xW 1 − xW
0,005 1 − 0,005
+
+
18
60
MN
MA
xD
0,955
MN
18
xD =
=
= 0,986 (mol nước/ mol hỗn hợp)
xD 1 − xD
0,955 1 − 0,955
+
+
18
60
MN
MA

2. Suất lượng mol tương đối của dòng nhập liệu:
f=

x D − x W 0,98606 − 0,01647
=

= 1,696
x F − x W 0,58824 − 0,01647

3. Tỉ số hoàn lưu làm việc:
1
0,9
0,8

yF*

0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1

xF

0
0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

Hình 1: Đồ thị cân bằng pha của hệ Nước – Acid acetic
Dựa vào hình 1 ⇒ yF* = 0,705

Trang 8

1


Chưng luyện Nước – Acid acetic
Tỉ số hoàn lưu tối thiểu: R min =

GVHD: Hoàng Trung Ngôn
x D − y *F 0,98606 − 0,705
=
= 2,407
y *F − x F 0,705 − 0,58824

Tỉ số hoàn lưu làm việc: R = 1,3Rmin + 0,3 = 3,429
III.

XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG MOL CỦA CÁC DÒNG PHA :
Coi lưu lượng mol của các dòng pha đi trong mỗi đoạn tháp (chưng và luyện) là
không đổi.
1. Tại đỉnh tháp:
nHD

L

nHD

L

Vì tại đỉnh tháp nồng độ phần mol của nước trong pha lỏng và pha hơi bằng nhau.
⇒ Khối lượng của pha hơi và pha lỏng tại đỉnh tháp là bằng nhau:
MHD = MLD = xD. MN + (1 – xD). MA = 0,986. 18 + (1 – 0,986). 60 = 18,585
(kg/mol)
Suất lượng khối lượng của dòng hơi tại đỉnh tháp:
GHD = (R +1)GD = (3,429 + 1). 931,579 = 4126,142 (kg/h)
Suất lượng mol của dòng hơi tại đỉnh tháp:
nHD =

G HD 4126,142
=
= 222,009 (kmol/h)
M HD
18,585

Suất lượng khối lượng của dòng hoàn lưu:
GL = RGD = 3,429. 931,579 = 3194,563 (kg/h)

Suất lượng mol của dòng hoàn lưu:
L=

GL
3194,563
=
= 171,885 (kmol/h)
M LD
18,585

2. Tại mâm nhập liệu:
nHF

nLF

nHF

n’LF

F

Khối lượng mol của dòng nhập liệu:
MF = xF. MN + (1 – xF). MA = 0,588. 18 + (1 – 0,588). 60 = 35,294 (kg/kmol)
Suất lượng mol của dòng nhập liệu:
F=

GF
3000
=
= 256,885 (kmol/h)

M F 35,294

Và: nLF = L = 171,885 (kmol/h)
Trang 9


Chưng luyện Nước – Acid acetic

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

n’LF = L + F = 171,885 + 256,885 = 428,770 (kmol/h)
nHF = nHD = 222,009 (kmol/h)
3. Tại đáy tháp:
nHW

nLW

W

Vì tại đáy tháp nồng độ phần mol của nước trong pha lỏng và pha hơi bằng nhau.
⇒ Khối lượng của pha hơi và pha lỏng tại đáy tháp là bằng nhau:
MHW = MLW = xW. MN + (1 – xW). MA = 0,016. 18 + (1 – 0,016). 60 = 59,308
(kg/mol)
Suất lượng mol của dòng sản phẩm đáy:
W=

GW
2086,421
=
= 34,876 (kmol/h)

M LW
59,308

Và: nLW = n’LF = 428,770 (kmol/h)
nHW = nHF = nHD = 222,009 (kmol/h)

Chương 4

Trang 10


Chưng luyện Nước – Acid acetic

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH
(Tháp mâm xuyên lỗ)
Phương trình đường làm việc :

x
R
3,429
0,986
x+ D =
x+
= 0,774x + 0,223
R +1
R + 1 3,429 + 1
3,429 + 1
R+f

1− f
3,429 + 1,696
1 − 1,696
x+
xW =
x+
× 0,016
Phần chưng: y =
R +1
R +1
3,429 + 1
3,429 + 1

Phần luyện: y =

= 1,157x – 0,003
I.

ĐƯỜNG KÍNH THÁP :
1. Phần luyện:
1.1. Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong phần luyện:
Nồng độ phần mol trung bình của pha lỏng trong phần luyện:
xL =

x D + x F 0,986 + 0,588
=
= 0,787 (mol nước/ mol hỗn hợp)
2
2

Dựa vào hình 2 ⇒ Nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần luyện: T LL = 101,4
( C)
Nồng độ phần khối lượng trung bình của pha lỏng trong luyện:
o

xL =

x D + x F 0,955 + 0,3
=
= 0,628 (kg nước/ kg hỗn hợp)
2
2

Tra bảng 1.249, trang 310, [5]
⇒ Khối lượng riêng của nước ở 101,4oC: ρNL = 957,364 (kg/m3)
Tra bảng 1.2, trang 9, [5]
⇒ Khối lượng riêng của acid acetic ở 101,4oC: ρAL = 955,480 (kg/m3)
Áp dụng trong công thức (1.2), trang 5, [5]:

x
1 − xL
1
0,628
1 − 0,628
= L +
=
+
= 0,001 ⇒ ρLL = 956,661 (kg/m3)
ρ LL ρ NL
ρ AL

957,364 955,480

1.2. Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần luyện:
Nồng độ trung bình của pha hơi trong phần luyện:
yL = 0,774xL + 0,223 = 0,832
Dựa vào hình 2 ⇒ Nhiệt độ trung bình của pha hơi trong phần luyện: T HL = 101,6
o
( C)
Khối lượng mol trung bình của pha hơi trong phần luyện:
MHL = yL. MN + (1 – yL). MA = 0,832. 18 + (1 – 0,832). 60 = 25,054 (kg/kmol)
Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần luyện:
ρ HL =

PM HL
1 × 25,054
=
22
,
4
= 0,815 (kg/m3)
RTHL
× (101,6 + 273)
273

Trang 11


Chưng luyện Nước – Acid acetic

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

118

116

114

112

110

108

106

104

102

100
0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

Hình 2: Giản đồ T – x,y của hệ Nước – Acid acetic

1.3.

Tính vận tốc pha hơi đi trong phần luyện:
Trang 12

0,9

1


Chưng luyện Nước – Acid acetic

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

Tra bảng IX.4a, trang 169, [6] ⇒ Với đường kính tháp trong khoảng 1,4 ÷ 1,6
(m) thì khoảng cách mâm là: ∆h = 400 (mm) = 0,4 (m)
Tra đồ thị 6.2, trang 256, [4] ⇒ C = 0,057
Vận tốc pha hơi đi trong phần luyện:
ωL = C

ρ LL
956,661
= 0,057
= 1,953 (m/s)
ρ HL
0,815

1.4. Tính đường kính phần luyện:
Suất lượng mol của pha hơi trong phần luyện: nHL = nHD = 222,009 (kmol/h)
Suất lượng thể tích của pha hơi trong phần luyện:
22,4
× (101,6 + 273)
= 1,895 (m3/s)
273
Q HL
3600 × 1
4Q HL
4 × 1,895
=
Đường kính phần luyện: φ L =
= 1,112 (m)
πωL
π × 1,953
n RT
= HL HL =
3600 × P

222,009 ×

2. Phần chưng:

Tính toán tương tự như phần luyện ⇒ ta có bảng kết quả sau:
xc
0,302

xC
0,153

TLC
107,4

yc
0,347

THC
109

MHC
45,415

NC
AC
952,924 944,680
HC
1,449

C
1,456

1/LC
0,001

LC
945,928

QHC
1,933

C
1,300

Vì L ≈ C ⇒ ta có thể lấy đường kính của toàn tháp là đường kính của phần
chưng.
Chọn theo chuẩn ⇒ 1,4m) (phù hợp với điều kiện 1,4 ÷ 1,6m)
Kết luận: đường kính tháp là 1,4m)
Vận tốc pha hơi trong phần chưng và phần luyện theo thực tế:
4Q HC 4 × 1,933
=
=1,256 (m/s)
πφ 2
π × 1,4 2
4Q HL 4 × 1,895
ωL =
=
=1,231 (m/s)
πφ 2
π × 1,4 2
ωC =

Trang 13

Chưng luyện Nước – Acid acetic

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

1

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0
0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Hình 3: Số mâm lý thuyết

II.

CHIỀU CAO THÁP :
Trang 14

0,7

0,8

0,9

1


Chưng luyện Nước – Acid acetic

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

1. Phần luyện:
Dựa vào hình 3 ⇒ Số mâm lý thuyết phần luyện: nltL = 19
1.1. Tính hiệu suất mâm:
Tại nhiệt độ trung bình của pha hơi trong phần luyện THL = 101,6oC thì:
• Tra bảng 1.250, trang 312, [5] ⇒ Ap suất hơi bão hòa của nước PNL = 1,09668
at = 806,060 (mmHg)
• Tra hình XXIII, trang 466, [4] ⇒ Ap suất hơi bão hòa của acid acetic PAL =
150 (mmHg)
Nên: α L =

PNL 806,060
=
= 5,374
PAL
150

Tại nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần luyện TLL = 101,4oC thì:
• Tra bảng 1.104, trang 96, [5] ⇒ Độ nhớt của nước µNL = 0,2808 (cP)
• Dùng toán đồ 1.18, trang 90, [5] ⇒ Độ nhớt của acid acetic µAL = 0,42 (cP)
Độ nhớt của hỗn hợp lỏng: lgµhh = x1lgµ1 + x2lgµ2 (công thức (I.12), trang 84, [5])
Nên: lgµL = 0,787. lg0,2808 + (1 – 0,787)lg0,42 = -0,514 ⇒ µL = 0,306 (cP)
⇒ αLµL = 1,644
Tra hình 6.4, trang 257, [4] ⇒ EL = 0,42
Vì tháp có đường kính lớn: φ = 1,4m > 0,9m ⇒ phải hiệu chỉnh lại giá trị EL.
Tra hình 6.5, trang 258, [4] ⇒ ∆ = 0,14
Nên: ECL = EL(1 + ∆) = 0,479
1.2. Tính số mâm thực tế phần luyện:
Số mâm thực: nttL =

n ltL

19
=
= 39,683 ≈ 40
E CL 0,479

2. Phần chưng:
Tính toán tương tự như phần luyện ⇒ ta có bảng kết quả sau:
nltC
PNC
PAC
C
NC
AC
lgC
14
1066,632
190
5,614 0,2632
0,39
-0,461
CC
1,944

EC
0,4

ECC
0,456

nttC

30,702

nttC quy tròn
31

3. Chiều cao tháp:
Số mâm thực tế của toàn tháp: ntt = nttL + nttC = 40 + 31 = 71
Chiều cao thân tháp: Hthân = (ntt –1)∆h + 1 = 29 (m)
Chọn đáy (nắp) ellip tiêu chuẩn có

C
0,346

ht
= 0,25 ⇒ ht = 0,25. 1,4 = 0,35 (m)
φ

Chọn chiều cao gờ: hg = 50mm = 0,05 (m)
Chiều cao đáy (nắp): Hđn = ht+ hg = 0,4 (m)
Kết luận: Chiều cao toàn tháp: H = Hthân + 2Hđn = 29 + 2.0,4 = 29,8 (m)
III.
TRỞ LỰC THÁP :
1. Cấu tạo mâm lỗ:
Chọn tháp mâm xuyên lỗ có ống chảy chuyền với:
Trang 15


Chưng luyện Nước – Acid acetic

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

 Tiết diện tự do bằng 8% diện tích mâm.
 Đường kính lỗ: dlỗ = 3mm = 0,003 (m).
 Chiều cao gờ chảy tràn: hgờ = 50mm = 0,05 (m).
 Diện tích của 2 bán nguyệt bằng 20% diện tích mâm.
 Lỗ bố trí theo hình lục giác đều.
 Khoảng cách giữa 2 tâm lỗ bằng 7mm.
 Mâm được làm bằng thép không gỉ X18H10T.
Số lỗ trên 1 mâm:
2

2

 φ 
8%S maâm
1,4 
 = 0,08
= 0,08
N=
 = 17422,222
S loã
 0,03 
 d loã 

Gọi a là số hình lục giác.
Áp dụng công thức (V.139), trang 48, [6]: N = 3a(a+1) +1
Giải phương trình bậc 2 ⇒ a = 75,706 ≈ 76 ⇒ N = 17557 (lỗ)
Số lỗ trên đường chéo: b = 2a + 1 = 153 (lỗ)
2. Trở lực của đĩa khô:
ω' 2 .ρ H

Ap dụng công thức (IX.140), trang 194, [6]: ∆Pk = ξ
2

Đối với đĩa có tiết diện tự do bằng 8% diện tích mâm thì ξ = 1,82
2.1. Phần luyện:
ω L 1,231
=
= 15,392 (m/s)
8% 0,08
15,392 2 .0,815
Nên: ∆PkL = 1,82
= 175,724 (N/m2)
2

Vận tốc hơi qua lỗ: ω’L =

2.2.

Phần cất:

ω C 1,256
=
= 15,696 (m/s)
8% 0,08
15,696 2 .1,449
Nên: ∆PkC = 1,82
= 324,829 (N/m2)
2

Vận tốc hơi qua lỗ: ω’C =

3. Trở lực do sức căng bề mặt:
Vì đĩa có đường kính lỗ > 1mm

4σ

⇒ Ap dụng công thức (IX.142), trang 194, [6]: ∆Pσ = 1,3d + 0,08d 2
loã
loã
3.1. Phần luyện:
Tại nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần luyện TLL = 101,4oC thì:
• Tra bảng 1.249, trang 310, [5] ⇒ Sức căng bề mặt của nước σNL = 0,585756
(N/m)
• Tra bảng 1.242, trang 300, [5] ⇒ Sức căng bề mặt của acid σAL = 0,019674
(N/m)
Ap dụng công thức (I.76), trang 299, [5]:

σσ
1 1
1
=
+
⇒σ= 1 2
σ σ1 σ 2
σ1 + σ 2

Trang 16


Chưng luyện Nước – Acid acetic

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

0,585756 × 0,019674
= 0,019 (N/m)
0,585756 + 0,019674
4 × 0,019
Cho ta: ∆PσL =
= 19,519 (N/m2)
1,3 × 0,003 + 0,08 × 0,003 2

Nên: σ LL =

3.2. Phần chưng:
Tính toán tương tự như phần luyện ⇒ ta có bảng kết quả sau:
NC
AC
LC
pC
0,573996 0,019134 0,019 18,988
4. Trở lực thủy tĩnh do chất lỏng trên đĩa tạo ra:
Ap dụng công thức trang 285, [4]:∆Pb = 1,3hbKρLg
Với: hb = hgờ + ∆hl
 QL


∆h l = 
 1,85L K 
gôø




2/3

Trong đó:
 Lgờ : chiều dài của gờ chảy tràn, m
 K = ρb/ρL : tỷ số giữa khối lượng riêng chất lỏng bọt và khối lượng riêng của
chất lỏng, lấy gần bằng 0,5.
 QL =

n L .M L
: suất lượng thể tích của pha lỏng, m3/s.
ρL

Tính chiều dài gờ chảy tràn:

R
α

Lgờ

Ta có: Squạt - S∆ = Sbán nguyệt

R2
1
α
α 20% 2
− 2. R sin R cos =
πR
⇔α

2
2
2
2
2

⇔ α - sinα = 0,2π
Dùng phép lặp ⇒ α = 1,626753345 (Rad)
Nên: Lgờ = φsin

α
1,626753345
= 1,4. sin
= 1,017 (m)
2
2

4.1. Phần luyện:
Khối lượng mol trung bình của pha lỏng trong phần luyện:

Trang 17


Chưng luyện Nước – Acid acetic
MLL =

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

M LD + M F 18,585 + 35,294
=

= 26,940 (kg/kmol)
2
2

Suất lượng mol của pha lỏng trong phần luyện: nLL = L = 171,885 (kmol/h)
Suất lượng thể tích của pha lỏng trong phần luyện:
QLL =

n LL .M LL 171,885 × 26,940
=
= 0,00134 (m3/s)
ρ LL
956,661

Nên: ∆h lL

0,00134


=

 1,85 × 1,017 × 0,5 

2/3

= 0,01269 (m)

Cho ta: ∆PbL = 1,3(hgờ + ∆hlL)KρLLg
= 1,3.(0,05 + 0,01269). 0,5. 956,661. 9,81 = 382,396 (N/m2)
4.2. Phần chưng:

Tính toán tương tự như phần luyện ⇒ ta có bảng kết quả sau:
MLC
47,301

QLC
hlC
pbC
0,00357 0,02432 448,261

5. Tổng trở lực thuỷ lực của tháp:
Tổng trở lực của 1 mâm trong phần luyện của tháp là:
∆PL = ∆PkL + ∆PσL + ∆PbL = 175,724 + 19,519 + 382,396 = 577,638 (N/m2)
Tổng trở lực của 1 mâm trong phần chưng của tháp là:
∆PC = ∆PkC + ∆PσC + ∆PbC = 324,829 + 18,988 + 448,261 = 792,078 (N/m2)
Kiểm tra hoạt động của mâm:
 Kiểm tra lại khoảng cách mâm ∆h = 0,4m đảm bảo cho điều kiện hoạt động
∆P

bình thường của tháp: ∆h > 1,8 ρ g
L
Với các mâm trong phần chưng trở lực thuỷ lực qua 1 mâm lớn hơn trở lực thuỷ
lực của mâm trong phần luyện, ta có: 1,8

∆PC
792,078
= 1,8
= 0,154
ρ LC g
945,928 × 9,18

⇒ Điều kiện trên được thỏa.
 Kiểm tra tính đồng nhất của hoạt động của mâm.
Tính vận tốc tối thiểu qua lỗ của pha hơi vmin đủ để cho các lỗ trên mâm đều hoạt
động: vmin = 0,67

gρ LC h bC
9,81 × 945,928 × (0,05 + 0,02432)
= 0,67
= 10,835 <
ξρ HC
1,82 × 1,449

15,696
⇒ Các lỗ trên mâmđều hoạt động.
Kết luận:
Tổng trở lực thủy lực của tháp:
∆P = nttL.∆PL + nttC∆PC = 40. 577,638 + 31. 792,078 = 47659,953 (N/m2)
6. Kiểm tra ngập lụt khi tháp hoạt động:
Khoảng cách giữa 2 mâm: ∆h = 400 (mm).
Trang 18


Chưng luyện Nước – Acid acetic

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

Bỏ qua sự tạo bọt trong ống chảy chuyền, chiều cao mực chất lỏng trong ống chảy
chuyền của mâm xuyên lỗ được xác định theo biểu thức (5.20), trang 120, [2]:
hd = hgờ + ∆hl + ∆P + hd’
, (mm.chất lỏng)

Trong đó:
 hgờ : chiều cao gờ chảy tràn (mm)
 ∆hl : chiều cao lớp chất lỏng trên mâm (mm).
 ∆P: tổng trở lực của 1 mâm (mm.chất lỏng).
 hd’ : tổn thất thủy lực do dòng lỏng chảy từ ống chảy chuyền vào mâm, được
xác định theo biểu thức (5.10), trang 115, [2]:
 QL
h d ' = 0,128.
 100.Sd





2

, (mm.chất lỏng)

 QL : lưu lượng của chất lỏng (m3/h).
 Sd : tiết diện giữa ống chảy chuyền và mâm.

π
.1,42 = 1,232 (m2)
4
1
Để tháp không bị ngập lụt khi hoạt động thì: hd ≤ ∆h = 200 (mm)
2

Sd = 0,8 . Smâm = 0,8.

6.1. Phần luyện:
 ∆hlL = 0,01269. 1000 = 12,69 (mm)
 ∆PL =


h d 'L

577,638
577,638
× 1000 =
× 1000 = 61,550 (mm.chất lỏng)
ρ LL g
956,661 × 9,81

 Q LL
= 0,128.
 100.Sd

2

2


 0,00134 × 3600 
 = 0,128.
 = 0,0002 (mm.chất lỏng)
 100 × 1,232 


Nên: hdL = 50 + 12,69 + 61,550 + 0,0002 = 124,237 (mm) < 200 (mm)

Vậy: Khi hoạt động thì mâm ở phần luyện sẽ không bị ngập lụt.
6.2. Phần chưng:
 ∆hlC = 0,02432. 1000 = 24,32 (mm)
 ∆PC =


h d 'C

577,638
792,078
× 1000 =
× 1000 = 85,357 (mm.chất lỏng)
ρ LL g
945,928 × 9,81

 Q LC
= 0,128.
 100.Sd

2

2


 0,00357 × 3600 
 = 0,128.
 = 0,0014 (mm.chất lỏng)
 100 × 1,232 


Nên: hdC = 50 + 24,32 + 85,357 + 0,0014 = 159,676 (mm) < 200 (mm)
Vậy: Khi hoạt động thì mâm ở phần chưng sẽ không bị ngập lụt.
Kết luận: Khi hoạt động tháp sẽ không bị ngập lụt.

IV.

BỀ DÀY THÁP :
1. Thân tháp:

Trang 19


Chưng luyện Nước – Acid acetic

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

Vì tháp hoạt động ở áp suất thường nên ta thiết kế thân hình trụ bằng phương pháp
hàn hồ quang điện, kiểu hàn giáp mối 2 phía. Thân tháp được ghép với nhau bằng các
mối ghép bích.
Vì tháp hoạt động ở nhiệt độ cao (>100oC) nên ta phải bọc cách nhiệt cho tháp.
Để đảm bảo chất lượng của sản phẩm và khả năng ăn mòn của acid acetic đối với
thiết bị, ta chọn thiết bị thân tháp là thép không gỉ mã X18H10T.
1.1. Các thông số cần tra và chọn phục vụ cho quá trình tính toán:
 Nhiệt độ tính toán: t = tmax + 20oC = 117,6 + 20 = 137,6 (oC)
 Áp suất tính toán: vì tháp hoạt động ở áp suất thường nên: P = Pthủy tĩnh + ∆P
Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong toàn tháp:
ρL =

ρ LL + ρ LC 956,661 + 945,928
=

= 951,295 (kg/m3)
2
2

Nên: P = ρLgH = 951,295. 9,81. 29,8 + 47659,953 = 325759,532 (N/m2)
= 0,326 (N/mm 2)
 Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường:
Vì môi trường acid có tính ăn mòn và thời gian sử dụng thiết bị là trong 20 năm
⇒ Ca = 1. 2 = 2 (mm)
 Ứng suất cho phép tiêu chuẩn:
Vì vật liệu là X18H10T ⇒ [σ]* = 140 (N/mm2)
(Hình 1.1, trang 18, [7])
 Hệ số hiệu chỉnh:
Vì thiết bị có bọc lớp cách nhiệt ⇒ η = 0,95 (trang 26, [7])
 Ứng suất cho phép: [σ] = η [σ]* = 133 (N/mm2)
 Hệ số bền mối hàn:
Vì sử dụng phương pháp hàn hồ quang điện, kiểu hàn giáp mối 2 phía
⇒ ϕh = 0,95 (Bảng XIII.8, trang 362, [6])
1.2.

Tính bề dày:

[σ]
133
ϕh =
× 0,95 = 387,863 > 25
P
0,326
φP
1400 × 0,326

⇒ S’ = 2[σ]ϕ = 2 × 133 × 0,95 = 1,805 ⇒ S’ + Ca = 1,805 + 2 = 3,805 (mm)
h

Ta có:

Quy tròn theo chuẩn: S = 4 (mm) (Bảng XIII.9, trang 364, [6])
Bề dày tối thiểu: Smin = 4 (mm) (Bảng 5.1, trang 128, [7])
⇒ Bề dày S thỏa điều kiện.
1.3.

Kiểm tra độ bền:

S − Ca
4−2
≤ 0,1 ⇔
≤ 0,1 ⇔ 0,001 ≤ 0,1 (thỏa)
φ
1400
2[σ]ϕ h (S − C a ) 2 × 133 × 0,95 × (4 − 2)
=
Nên: [P] =
= 0,360 > P = 0,326 (thỏa)
φ + (S − C a )
1400 + (4 − 2)

Điều kiện:

Kết luận: S = 4 (mm)
2. Đáy và nắp:

Trang 20


Chưng luyện Nước – Acid acetic

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

Chọn đáy và nắp có dạng hình ellip tiêu chuẩn, có gờ, làm bằng thép X18H10T
Chọn bề dày đáy và nắp bằng với bề dày thân tháp: S = 4 (mm).
 S − Ca
 D ≤ 0,125
Kiểm tra điều kiện:  t 2[σ]ϕ (S − C )
h
a
[P] =
≥P

R t + (S − C a )

Trong đó: Dt = φ

Vì đáy và nắp có hình ellip tiêu chuẩn với

ht
= 0,25 ⇒ Rt = Dt
Dt

⇒ Điều kiện trên được thỏa như đã kiểm tra ở phần thân tháp.
Kết luận: Kích thước của đáy và nắp:
 Đường kính trong: Dt = φ = 1400 (mm)

 ht = 350 (mm)
 Chiều cao gờ: hgờ = 50 (mm)
 Bề dày: S = 4 (mm)
 Diện tích bề mặt trong: Sbề mặt = 2,35 (m2) (Bảng XIII.10, trang 382, [6])
V.

BỀ DÀY MÂM :
1. Các thông số cần tra và chọn phục vụ cho quá trình tính toán:
 Nhiệt độ tính toán: t = tmax = 117,6 (oC)
 Áp suất tính toán: P = Pthủy tĩnh + Pgờ
Chọn bề dày gờ chảy tràn là 3mm.
Thể tích của gờ chảy tràn: V = 1,017. (50 + 50 + 400 – 20). 3. 10-6 = 0,00146 (m3)
Tra bảng XII.7, trang 313, [6]
⇒ Khối lượng riêng của thép X18H10T là: ρX18H10T = 7900 (kg/m3)
Khối lượng gờ chảy tràn: m = VρX18H10T = 11,572 (kg)
Áp suất do gờ chảy tràn tác dụng lên mâm tròn:

Pgôø =

mg
φ 2 = 73,747 (N/m2)
π
4

Khối lượng riêng của chất lỏng tại đáy tháp: ρLW = 927,309 (kg/m3)
Áp suất thủy tĩnh:
Pthủy tĩnh = ρLWg(hgờ + ∆hlC)
= 927,309. 9,81. (0,05 + 0,02432)
= 676,059 (N/m2)
⇒ P = 73,747 + 676,059 = 749,806 (N/m2) = 0,0007 (N/mm2)

 Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường:
Vì môi trường acid có tính ăn mòn và thời gian sử dụng thiết bị là trong 20 năm
Trang 21


Chưng luyện Nước – Acid acetic

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

⇒ Ca = 1. 2 = 2 (mm)
 Ứng suất cho phép tiêu chuẩn:
Vì vật liệu là X18H10T ⇒ [σ]* = 141 (N/mm2)
(Hình 1.1, trang 18, [7])
 Hệ số hiệu chỉnh: η = 1 (trang 26, [7])
 Ứng suất cho phép: [σ] = η [σ]* = 141 (N/mm2)
 Môđun đàn hồi: E = 199824 (N/mm2) (Bảng 2.12, trang 45, [7])
 Hệ số Poisson: µ = 0,33 (Bảng XII.7, trang 313, [6])
 Hệ số điều chỉnh: ϕb =

t −d 7−3
=
= 0,571
t
3

2. Tính bề dày: Đối với bản tròn đặc ngàm kẹp chặt theo chu vi:
2

Ứng suất cực đại ở vòng chu vi: σ max

Đối với bản có đục lỗ: σ l max
⇔S ≥D

3P  D 
=
  (Công thức 6.36, trang 100, [8])
16  S 

σ
3P
= max =
ϕb
16ϕ b

2

D
  ≤ [σ]
S

3P
3 × 0,0007
= 1400
= 1,849 (mm)
16[σ]ϕ b
16 × 141 × 0,571

Nên: S + Ca = 3,849 (mm)
Chọn S = 5 (mm)
Kiểm tra điều kiện bền:

PR 4
Độ võng cực đại ở tâm: Wo =
(Công thức 6.35, trang 100, [8])
64D T
Wo
PR 4
=
Đối với bản có đục lỗ: Wlo =
ϕ b 64ϕ b D T
ES3
Với: D T =
12(1 − µ 2 )
Wo 12PR 4 (1 − µ 2 ) 3 PR 4 (1 − µ 2 )
=
= .
⇒ Wlo =
ϕb
16
64ϕ b ES3
ϕ b ES3

Để đảm bảo điều kiện bền thì: Wlo < ½ S
Mà: Wlo =

3 00007 × 700 4 (1 − 0,33 2 )
.
= 2,107 < ½ . 5 = 2,5
16 0,571 × 199824 × 53

⇒ Bề dày S đã chọn thỏa điều kiện.

Vậy: S = 5 (mm)

VI.

BÍCH GHÉP THÂN – ĐÁY và NẮP :
Mặt bích là bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của thiết bị cũng như nối các
bộ phận khác với thiết bị. Các loại mặt bích thường sử dụng:
Trang 22


Chưng luyện Nước – Acid acetic

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

 Bích liền: là bộ phận nối liền với thiết bị (hàn, đúc và rèn). Loại bích này chủ
yếu dùng thiết bị làm việc với áp suất thấp và áp suất trung bình.
 Bích tự do: chủ yếu dùng nối ống dẫn làm việc ở nhiệt độ cao, để nối các bộ
bằng kim loại màu và hợp kim của chúng, đặc biệt là khi cần làm mặt bích bằng
vật liệu bền hơn thiết bị.
 Bích ren: chủ yếu dùng cho thiết bị làm việc ở áp suất cao.
Chọn bích được ghép thân, đáy và nắp làm bằng thép CT3, cấu tạo của bích là bích
liền không cổ.

Tra bảng XIII.27, trang 417, [6], ứng với Dt = φ = 1400 (mm) và áp suất tính toán
P = 0,326 (N/mm2) ⇒ chọn bích có các thông số sau:
Dt

D

Db

D1

Do

h

Bu lông
db

Z
(mm)
(cái)
1400
1550
1500
1460
1413
35
24
40
Tra bảng IX.5, trang 170, [6], với ∆h = 400 (mm) ⇒ khoảng cách giữa 2 mặt
bích là 2000mm và số mâm giữa 2 mặt bích là 5.
Ta có:

H thaân 29
=
= 14,5
2
2

⇒ Số mặt bích cần dùng để ghép là: (15 + 1).2 = 32 (bích)
Khoảng cách giữa 2 mặt bích theo thực tế: ∆lbích =

H thaân 29
=
= 1,933 (m)
15
15

Độ kín của mối ghép bích chủ yếu do vật đệm quyết định. Đệm làm bằng các vật
liệu mềm hơn so với vật liệu bích. Khi xiết bu lông, đệm bị biến dạng và điền đầy lên
các chỗ gồ ghề trên bề mặt của bích. Vậy, để đảm bảo độ kín cho thiết bị ta chọn đệm
là dây amiăng, có bề dày là 3(mm).

VII. CHÂN ĐỠ THÁP :
1. Tính trọng lượng cùa toàn tháp:
Tra bảng XII.7, trang 313, [6]
⇒ Khối lượng riêng của tháp CT3 là: ρCT3 = 7850 (kg/m3)
Trang 23


Chưng luyện Nước – Acid acetic

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

Khối lượng của một bích ghép thân:
mbích ghép thân =

(

)

π 2
π
2
D − D t hρ CT 3 = 1,55 2 − 1,4 2 × 0,035 × 7850 = 95,486 (kg)
4
4

(

)

Khối lượng của một mâm:
mmâm =

π 2
π
D t δ mâm (100% − 8% − 10%)ρ X18H10 T = .1,42.0,005.0,82.7900 = 49,861 (kg)
4
4

Khối lượng của thân tháp:
mthân =

π
π
2
2

.(D2ng –D2t).Hthân . ρX18H10T = . 1,408 − 1,4 .29.7900 = 4042,054 (kg)
4
4

(

)

Khối lượng của đáy (nắp) tháp:
mđáy(nắp) = Sbề mặt .δđáy . ρX18H10T = 2,35 . 0,004 . 7900 = 74,26 (kg)
Khối lượng của toàn tháp:
m = 32 mbích ghép thân + 71 mmâm + mthân + 2 mđáy(nắp) = 10786,231 (kg)
2. Tính chân đỡ tháp:
Chọn chân đỡ: tháp được đỡ trên bốn chân.
Vật liệu làm chân đỡ tháp là thép CT3.

Truïc thieát bò

Theo ñaùy
thieát bò

Tải trọng cho phép trên một chân: Gc =

P mg 10805,694 × 9,81
=
=
= 2,645.104 (N)
4
4
4

Để đảm bảo độ an toàn cho thiết bị, ta chọn: Gc = 4.104 (N)
Tra bảng XIII.35, trang 437, [6] ⇒ chọn chân đỡ có các thông số sau:
L
260

B
200

B1
225

B2
330

H
400

h
225

s
16

l
100

d
27

Thể tích một chân đỡ: Vchân đỡ ≈ (384. 16. 330. 2 + 260. 16. 200). 10-9 = 0,005 (m3)
Khối lượng một chân đỡ: mchân đỡ = Vchân đỡ. ρCT3 = 38,363 (kg)
VIII. TAI TREO THÁP :
Chọn tai treo: tai treo được gắn trên thân tháp để giữ cho tháp khỏi bị dao động
trong điều kiện ngoại cảnh.
Chọn vật liệu làm tai treo là thép CT3.
Ta chọn bốn tai treo, tải trọng cho phép trên một tai treo: Gt = Gc = 4.104 (N).

Trang 24


Chưng luyện Nước – Acid acetic

GVHD: Hoàng Trung Ngôn

Tra bảng XIII.36, trang 438, [6] ⇒ chọn tai treo có các thông số sau:
L
190

B
160

B1
170

H
280

S
10

l
80

a
25

d
30

Khối lượng một tai treo: mtai treo = 7,35 (kg)
Tra bảng XIII.37, trang 439, [6]
⇒ Chọn tấm lót tai treo bằng thép CT3 có các thông số sau:
 Chiều dài tấm lót: H = 460 (mm).
 Chiều rộng tấm lót: B = 320 (mm).
 Bề dày tấm lót: SH = 8 (mm).
Thể tích một tấm lót tai treo: Vtấm lót = 460. 320. 8. 10-9 = 0,001 (m3)
Khối lượng một tấm lót tai treo: mtấm lót = Vtấm lót. ρCT3 = 9,244 (kg)
IX.

CỬA NỐI ỐNG DẪN VỚI THIẾT BỊ – BÍCH NỐI CÁC BỘ PHẬN CỦA
THIẾT BỊ và ỐNG DẪN :

Ống dẫn thường được nối với thiết bị bằng mối ghép tháo được hoặc không tháo
được. Trong thiết bị này, ta sử dụng mối ghép tháo được.
Đối với mối ghép tháo được, người ta làm đoạn ống nối, đó là đoạn ống ngắn có
mặt bích hay ren để nối với ống dẫn:
 Loại có mặt bích thường dùng với ống có đường kính d > 10mm.

Trang 25