đồ án tháp đệm aceton benzen

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA HÓA CÔNG NGHỆ


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Giáo viên hướng dẫn
Sinh viên thực hiện
Ngành học
Lớp
Nội dung đồ án

: Nguyễn Văn Hoàn
: Nguyễn Thị Canh
: Công nghệ hóa
: Hóa 1K10
: Thiết kế tháp chưng luyện liên tục
loại tháp đệm để phân tác hỗn hợp
Aceton – Benzen

Hà Nội 2016


BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
Số : …………………
Họ và tên HS-SV : Nguyễn Thị Canh
Lớp : CĐ ĐH Hoá 1
Khoá: 10
Khoa : Công nghệ Hoá
Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Văn Hoàn
Nội dung
Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đệm để phân tách hỗn hợp Aceton
– Benzen.
Các số liệu ban đầu:
- Năng suất tính theo hỗn hợp đầu GF = 8,35 tấn/giờ.
- Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong:
+ Hỗn hợp đầu: aF = 0,3 phần khối lượng.
+ Sản phẩm đỉnh: aP = 0,98 phần khối lượng.
+ Sản phẩm đáy: aW = 0,02 phần khối lượng.
- Tháp làm việc ở áp suất thường
- Hỗn hợp đầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi.
TT
Tên bản vẽ
1 Vẽ dây chuyền sản xuất
2 Vẽ tháp chưng luyện

Khổ giấy
A4
A0

Số lượng
01
01

PHẦN THUYẾT MINH

Ngày giao đề : ………………………. Ngày hoàn thành : ……………………
TRƯỞNG KHOA

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN


MUÏC LUÏC

Đồ án môn QT&TB
Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hoá 1-K10

3


LỜI GIỚI THIỆU
Trong thực tế, chúng ta sử dụng rất nhiều dạng hoá chất khác nhau: hỗn
hợp nhiều chất hay đơn chất tinh khiết. Nhu cầu về một loại hoá chất tinh khiết
cũng rất lớn. Quá trình có thể đáp ứng phần nào độ tinh khiết theo yêu cầu là
chưng cất: là quá trình tách các cấu tử trong hỗn hợp lỏng – lỏng, hay hỗn hợp
lỏng – khí thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của chúng.
Và đối với hệ Acetone – Benzen, do không có điểm đẳng phí nên có thể
đạt được bất kỳ độ tinh khiết theo yêu cầu nhờ quá trình chưng cất.
Nhiệm vụ thiết kế: tính toán hệ thống chưng luyện liên tục để tách hỗn
hợp hai cấu tử : Acetone – Benzen với các số liệu sau đây:
Năng suất tính theo hỗn hợp đầu: GF = 8,35 tấn/ giờ
Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong:
- Hỗn hợp đầu:

aF = 0,3 phần khối lượng
- Sản phẩm đỉnh:
aP = 0,98 phần khối lượng
- Sản phẩm đáy:
aW = 0,02 phần khối lượng
Tháp làm việc ở áp suất thường
Hỗn hợp đầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sơi

Đồ án mơn QT&TB
Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hố 1-K10

4


CHÖÔNG 1 : GIÔÙI THIEÄU CHUNG
1. Giới thiệu về Aceton và Benzen
Aceton
- Tính chất vật lí:
Aceton có công thức phân tử: CH3COCH3. Khối lượng phân tử bằng 58đvC.
Aceton là chất lỏng không màu sôi 56.10C, tỉ trọng 0.791g/cm3, nhiệt độ đông
đặc -950C tan vô hạn trong nước do phân cực, nó là dung môi cho nhiều chất hữu
cơ… Nó hòa tan tốt tơ axetat, nitroxenlulozo, nhựa phenol focmandehyt, chất béo,
dung môi pha sơn, mực in đồng.
- Tính chất hóa học:
• Cộng hợp với Natri hidrosunfit:
CH3
CH3 COCH3 + NaHSO3 →
C
CH3

SO3Na

CH3
1-metyl-1-hydroxi etan sunfanat natri

• Cộng hợp với axit HCN:

OH
CH3COCH3 + HCN →

CH3

• Phản ứng ngưng tụ

C

CN

CH
pH
=43 – 8
OH

CH3-CO-CH3 + HCH2=O →

CH3

C

O

CH2

C

CH3

CH3
CH3
4oxy – 4 metyl – 2pentanon
• Không bị oxi hóa bởi toluen, HNO3,đ, KMnO4…chỉ oxi hóa bởi hỗn hợp
KMnO4 +H2SO4 , K2Cr2O4 + H2SO4...bị gãy mạch cacbon.
Đồ án môn QT&TB
Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hoá 1-K10

5


• Phản ứng khử hóa:
CH3COCH3 + H2 → CH3CH(OH)CH3
• Phản ứng oxi hóa hoàn toàn
CH3COCH3 + 4CO2 → 3CO2 + 3H2O
- Điều chế:
• Oxi hóa rượu bậc 2:
CH3CH(OH)CH3 → CH3COCH3 +H2O
• Theo phương pháp piria: nhiệt phân muối của axit cacboxylic
(CH3COO)2Ca → CH3COCH3 + CaCO3
• Từ dẫn xuất cơ magie:
CH3COCl + CH3MgBr → CH3COCH3 + MgBrCl
• Phản ứng kucherov:
CH3 – C ≡ CH + H2O

CH3COCH3
- Ứng dụng:
• Sản xuất sơn và nhựa resin
Aceton là dung mội hào tan tốt nitrocellulose, cellulose acetate,
cellulose ether, được dung để làm giảm độ nhớt của sơn có các chất
này. Đặc biệt nó thích hợp với sản xuất sơn mau khô.
• Dược và mỹ phẩm
Aceton được dung làm chất khử trong thuốc và trong công nghiệp
mỹ phẩm, sơn và nước rửa móng tay.
• Nén khí Acetylene
Aceton là một khí công nghiệp quan trọng nhưng không thể nén một
cách hiệu quả để bảo quản trong các bình hình trụ mà không có nguy
cơ nổ. Aceton có thể hòa tan lượng lớn khí Acetylene.
• Các ứng dụng khác:
Aceton được dung trong các ứng dụng sau:
Dung môi tẩy rửa và khử nước cho các thành phần điện tử
Đồng dung môi cho neoprene, cho acrylic và nitrocellulose có xi
măng
Mực in mau khô
Dung môi tẩy trong tẩy rửa khô
Benzen
- Tính chất vật lí:
Benzen có công thức phân tử: C6H6. Khối lượng phân tử bằng 78đvC.
Benzen là một hợp chất mạch vòng, ở dạng lỏng không màu và có mùi thơm
nhẹ sôi 80oC, tỉ trọng (200C): 0,879, nhiệt độ đông đặc 5,50C.

Đồ án môn QT&TB
Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hoá 1-K10

6

Benzen không phân cực, vì vậy tan rất ít trong nước, tan tốt trong các dung
môi hữu cơ không phân cực đồng thời là một dung môi tốt cho nhiều chất như Iôt
(I2), lưu huỳnh (S), chất béo …
- Tính chất hóa học:
Phản ứng thế :
Benzen + Br2 —> brombenzen + khí hiđro bromua
C6H5 – H + Br2

C6H5 – Br + HBr

Benzen + HNO3 (đặc)—> nitrobenzen (màu vàng nhạt)+ H2O
C6H5 – H + HNO3 (đặc)
C6H5 – NO2 + H2O
Phản ứng cộng :
Cộng H2: tạo thành xiclohexan.
C6H6 + H2
C6H12
Cộng Cl2: tạo thành 6.6.6.
C6H6 + 3 Cl2
C6H6Cl6
Phản ứng oxi hóa :
Phản ứng oxi hóa không hoàn toàn :
C6H5 –CH3 + 2 KMnO4
C6H5 –COOK + 2 MnO2 + H2O
Phản ứng oxi hóa hoàn toàn :
CnH2n – 6 +
O2
n CO2 + (n – 3)H2O

- Điều chế:
• Đi từ nguồn thiên nhiên
Thông thường các hidrocacbon ít được điều chế trong phòng thí nghiệm, vì
có thể thu được lượng lớn nó bằng phương pháp chưng cất than đá, dầu
mỏ….
Đóng vòng và dehiro hóa ankane
Các ankane có thể tham gia đóng vòng và dehidro hóa tạo thành hidro
cacbon thơm ở nhiệt độ cao và có mặt xúc tác như Cr2O3, hay các lim loại
chuyển tiếp như Pd, Pt
Cr O / Al O
→ C6H6
CH3(CH2)4CH3 
2

3

2

3

• Dehidro hóa các cycloankane
Các cycloankane có thể bị dehidro hóa ở nhiệt độ cao với sự có mặt của
các xúc tác kim loại chuyển tiếp tạo thành benzen hay các dẫn xuất cảu
benzen
Pt / Pd
C6H12 → C6H6

Đồ án môn QT&TB
Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hoá 1-K10

7


• Đi từ acetylen
Đun acetane trong sự có mặt cảu của xúc tác là than hoạt tính hay phức của
niken như Ni(CO)[(C6H5)P] sẽ thu được benzen
xt
3C2H2 →
C6H6
• Tam hợp axetilen.
3CH≡CH → C6H6
- Ứng dụng:
• Benzen có vai trò quan trọng trong thực tế, là ngun liệu chính để sản xuất
các loại thuốc trừ sâu, thuốc kháng sinh , chất kích thích tăng trưởng và vơ
số các ứng dụng khác... trong đời sống, người ta sử dụng benzen sản xuất
nước hoa, phẩm nhuộm , keo dán... trước đây còn dùng benzen trong thức
ăn, nhưng vì tính chất độc hại của vòng benzen nên việc này đã bị ngăn
cấm.
• Dùng điều chế nitro benzen, anilin, tổng hợp phẩm nhuộm, dược phẩm .,
• Clobenzen là dung mơi tổng hợp DDT, hexacloaran (thuốc trừ sâu) Stiren
(monome để tổng hợp chất dẻo) và nhiều sản phẩm quan trọng khác.
• Benzen còn được dùng làm dung mơi tốt cho nhiều chất như Iơt (I2), lưu
huỳnh (S), chất béo …
• Nguồn cung cấp Benzen cho cơng nghiệp là nhựa chưng cất, than đá, hexan
và toluen của dầu mỏ. Khi nung than béo ở nhiệt độ cao để luyện than cốc
được nhựa than đá. Trong nhựa than đá có chứa rất nhiều các chất hữu cơ
khác nhau khi chưng cất phân đoạn thu được Benzen.
• Cả Acetơn và Benzen đều đóng vai trò quan trọng trong cơng nghiệp hóa
học.
2. Công nghệ chưng cất hỗn hợp Acetone –Benzen :

Ta có Acetone là một chất lỏng tan vô hạn trong nước và nhiệt độ sôi
của Acetone ( 56,1°C ở 760 mmHg) và Benzen ( 80,1°C ở 760 mmHg) : là khá
cách xa nhau nên phương pháp hiệu quả nhất để thu được Acetone tinh khiết là
chưng cất phân đoạn dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn
hợp.
Chọn loại tháp chưng cất và phương pháp chưng cất :
Chưng cất là quá trình phân tách các hỗn hợp lỏng thành các cấu tử riêng
biệt dựa vào sự khác nhau về độ bay hơi của chúng ( hay nhiệt độ sôi ), bằng
cách lặp đi lặp lại nhiều lần quá trình bay hơi – ngưng tụ, trong đó vật chất đi
từ pha lỏng vào pha hơi hoặc ngược lại.
Đối với chưng cất ta có hai phương pháp thực hiện :
Đồ án mơn QT&TB
Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hố 1-K10

8


Chưng cất đơn giản (dùng thiết bò hoạt động theo chu kỳ):
Phương pháp này sử dụng trong các trường hợp sau :
Khi nhiệt độ sôi của các cấu tử khác xa nhau .
Khi không 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 cất liên tục hỗn hợp hai cấu tử (dùng thiết bò hoạt động liên tục):
là quá trình được thực hiện liên tục, nghòch dòng, nhiều đoạn.
Ngoài ra còn có thiết bò hoạt động bán liên tục .
Trong trường hợp này, do sản phẩm là Acetone – với yêu cầu có độ tinh
khiết cao khi sử dụng , cộng với hỗn hợp Acetone – Benzen là hỗn hợp không
có điểm đẳng phí nên chọn phương pháp chưng cất liên tục là hiệu quả nhất.
Chọn loại tháp chưng cất :

Có rất nhiều loại tháp được sử dụng, nhưng đều có chung một yêu cầu cơ
bản là diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều này phụ thuộc vào độ phân
tán của một lưu chất này vào lưu chất kia .
Ta khảo sát hai loại tháp chưng cất thường dùng là tháp đóa và tháp đệm:
Tháp đóa gồm thân tháp hình trụ, thẳng đứng, phía trong có gắn các đóa
có cấu tạo khác nhau, trên đó pha lỏng và pha hơi được cho tiếp xúc với nhau.
Gồm có: đóa chóp, đóa lỗ (có ống chảy chuyền hoặc không có ống chảy
chuyền). Thường sử dụng đóa chóp .
Tháp đệm là một tháp hình trụ, gồm nhiều đoạn nối với nhau bằng mặt
bích hay hàn . Vật đệm được đổ đầy trong tháp theo một hay hai phương pháp :
xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự .
Ưu nhược điểm của các loại tháp:
Tháp đệm
Tháp đĩa lỗ
Tháp chóp
- Cấu tạo khá đơn giản.
- Trở lực tương đối - Khá ổn định.
- Trở lực thấp.
thấp.
- Hiệu suất cao.
Ưu
- Làm việc được với chất - Hiệu suất khá cao.
điểm
lỏng bẩn nếu dùng đệm cầu
có ρ ≈ ρ của chất lỏng.
Đồ án mơn QT&TB
Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hố 1-K10

9

Nhược
điểm

- Do có hiệu ứng thành →
hiệu suất truyền khối thấp.
- Độ ổn định khơng 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.

- Khơng làm việc - Có trở lực lớn.
được với chất lỏng - Tiêu tốn nhiều
bẩn.
vật tư, kết cấu
- Kết cấu khá phức phức tạp.
tạp.

Chọn loại tháp đệm để thực hiện quá trình chưng cất vì những ưu điểm
sau:
Cấu tạo đơn giản
Trở lực thấp
Tuy nhiên tháp đệm cũng có nhược điểm là:
Hiệu suất thấp
Độ ổn đònh kém.

Đồ án mơn QT&TB

Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hố 1-K10

10


Sơ đồ quy trình công nghệ chưng cất hỗn hợp Aceton – Benzen:
N­íc

6
3
N­íc l¹nh

5

7

H¬i ®èt

N­íc
N­íc l¹nh

4
9

11

N­íc ng­ng

H¬i ®èt

11

2

1

Chó thÝch :
1- Thùng chứa hỗn hợp đầu
3- Thùng cao vị
5- Tháp chưng luyện
7- Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh
9- Thiết bị gia nhiệt đáy tháp
11- Thiết bị tháo nước ngưng

N­íc ng­ng

10

8

2- Bơm
4- Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu
6- Thiết bị ngưng tụ hồi lưu
8- Thùng chứa sản phẩm đỉnh
10- Thùng chứa sản phẩm đáy

Đồ án mơn QT&TB
Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hố 1-K10

11

Thuyeỏt minh quy trỡnh coõng ngheọ:
Nguyờn liu u c cha trong thựng cha (1) v c bm (2) bm lờn
thựng cao v (3). Mc cht lng cao nht thựng cao v c khng ch bi ca
chy trn. Hn hp u t thựng cao v (3) t chy xung thit b un núng hn
hp u (4), quỏ trỡnh t chy ny c theo dừi bng van v ng h o lu
lng. Ti thit b un núng hn hp u (4) (dựng hi nc bóo ho), hn hp
u c gia nhit n nhit sụi. Sau khi t n nhit sụi, hn hp ny
c a vo a tip liu ca thỏp chng luyn loi thỏp m (5). Trong thỏp,
pha lng i t trờn xung tip xỳc vi hi c to thnh thit b un sụi ỏy
thỏp (9) i t di lờn, ti õy xy ra quỏ trỡnh bc hi v ngng t nhiu ln.
Theo chiu cao ca thỏp, cng lờn cao thỡ nhit cng thp nờn khi hi i qua
cỏc tng m t di lờn, cu t cú nhit sụi cao s ngng t. Quỏ trỡnh tip
xỳc lng hi trong thỏp din ra liờn tc lm cho pha hi ngy cng giu cu t
d bay hi, pha lng ngy cng giu cu t khú bay hi. Cui cựng trờn nh thỏp
ta s thu c hu ht l cu t d bay hi (Aceton). Hn hp hi ny c i vo
thit b ngng t hi lu (6) v ti õy nú c ngng t hon ton (tỏc nhõn l
nc lnh). Mt phn cht lng sau ngng t cha t yờu cu c i qua thit b
phõn dũng hi lu tr v nh thỏp; phn cũn li c a vo thit b lm lnh
(7) lm lnh n nhit cn thit sau ú i vo thựng cha sn phm nh (8).
Cht lng hi lu i t trờn xung di, gp hi cú nhit cao i t di lờn,
mt phn cu t cú nhit sụi thp (Aceton) li bc hi i lờn, mt phn cu t
khú bay hi (nc) trong pha hi s ngng t i xung. Do ú, nng cu t khú
bay hi trong pha lng ngy cng tng. Cui cựng, ỏy thỏp ta thu c hn hp
lng gm hu ht l cu t khú bay hi (Benzen), mt phn rt ớt cu t d bay hi
(Aceton). Hn hp lng ny c a ra khi ỏy thỏp, qua thit b phõn dũng,
mt phn c a ra thựng cha sn phm ỏy (10), mt phn c tn dng a
vo thit b gia nhit ỏy thỏp (9) dựng hi nc bóo hũa. Thit b gia nhit (9)
ny cú tỏc dng un sụi tun hon v bc hi hn hp ỏy (to dũng hi i t di

lờn trong thỏp). Nc ngng ca cỏc thit b gia nhit c thỏo qua thit b thỏo
nc ngng (11) i x lý.
Thỏp chng luyn lm vic ch liờn tc, hn hp u vo v sn phm
c cung cp v ly ra liờn tc.

ỏn mụn QT&TB
Sinh viờn : Nguyn Th Canh - lp C-H Hoỏ 1-K10

12


CHƯƠNG II: THIẾT BỊ CHÍNH
I.

CÁC KÝ HIỆU THƯỜNG DÙNG:
- F: Lượng hỗn hợp đầu, Kg/h
- P: Luợng sản phẩm đỉnh, Kg/h
- W: Lượng sản phẩm đáy, Kg/h
- GF: Luợng hỗn hợp đầu, Kg/h
- GP: Lượng sản phẩm đỉnh, Kg/h
- Gw: Lượng sản phẩm đáy, Kg/h
- aF: Nồng độ phần khối lượng của Aceton trong hỗn hợp đầu
- aP: Nồng độ phần khối lượng của Aceton trong sản phẩm đỉnh
- aw: Nồng độ phần khối lượng của Aceton trong sản phẩm đáy
- xF: Nồng độ phần mol của Aceton trong hỗn hợp đầu
- xP: Nồng độ phần mol của Aceton trong sản phẩm đỉnh
- xw: Nồng độ phần mol của Aceton trong sản phẩm đáy
- MA: Khối lượng phân tử của Aceton
- MB: Khối lượng phân tử của Benzen
- µ: Độ nhớt, Ns/m2

- ρ: Khối lượng riêng

- Ngồi ra còn có các kí hiệu khác được định nghĩa tại chỗ
II.
TÍNH TỐN CÂN BẰNG VẬT LIỆU TỒN THIẾT BỊ
Số liệu ban đầu: Năng suất 8,35 tấn/h = 8350 kg/h
Nồng độ dung dòch đầu: aF = 0,3 phần khối lượng
Nồng độ đỉnh:
aP = 0,98 phần khối lượng
Nồng độ dung dòch đáy: aW = 0,02 phần khối lượng
Khi chưng luyện hỗn hợp Aceton và Benzen thì cấu tử dễ bay hơi là
Aceton.
Aceton : C3 H 6O ⇒M A = 58 g / mol

Hỗn hợp: C H ⇒M = 78 g / mol
B
 6 6
Giả thiết:
- Số mol pha hơi đi từ dưới lên là bằng nhau trong tất cả mọi tiết diện của
tháp
Đồ án mơn QT&TB
Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hố 1-K10

13


- 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.
1. Phương trình cân bằng vật liệu
Công thức liên hệ nồng độ phần mol và nồng độ phần khối lượng:
x =
aB
MB

Trong đó:

aB
MB
1−
aB
+
MT

aB, 1- aB - nồng độ phần khối lượng của Aceton và Benzen
MA, MB - khối lượng mol phân tử của Aceton và Benzen

Thay số liệu vào ta có :
aF = 0,3 (phần khối lượng)
⇒ = 0,366 phần mol - hỗn hợp đầu.

aP = 0,98 phần khối lượng
⇒ = 0,985 phần mol - sản phẩm đỉnh.

aw = 0,02 phần khối lượng
⇒ = 0,027 phần mol - sản phẩm đáy

- Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp

F=P+W

(1)

[II - 144]

- Phương trình cân bằng vật liệu cho cấu tử dễ bay hơi
F.xF = P.xP+ W.xw (2)
- Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp đầu :

[II - 144]

M = x MA + (1- x) MB.
MF = xF MA+ (1- xF) MB
= 0,366.58 + (1-0,366).78 = 70,68 (kg / kmol).
MP = xP.MA + ( 1- xP ) MB
= 0,985.58 + ( 1- 0,985 ).78 = 58,3 (kg / kmol)
Mw = xw . MA + ( 1- xw ) . MB
Đồ án môn QT&TB
Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hoá 1-K10

14


= 0,027.58+ ( 1- 0,027 ).78 = 77,46 (kg / kmol).
Vậy :

8350
= 118,14 ( kmol / h).
70,68

x F − xw
0,366 − 0,027
= 118,14.
= 41,35 kmol/h
P = F.
x P − xw
0,985 − 0,027
⇒ GP= P.MP= 41,35.58,3= 2410,71 kg/h
F = 8350 (kg /h) =

W= F .

x p − xF

x p − xW

= 118,14.

[II - 144]

0,985 − 0,366
= 76,79 kmol/h
0,985 − 0,027

⇒ Gw= W.Mw = 76,79.77,46 = 5948,15 Kg/h
2.1.3.Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp
a. Chỉ số hồi lưu tối thiểu
Theo bảng IX.2a – 145 – II , ta có bảng đường cân bằng lỏng hơi của CH3COCH3C6H6 là:
x 0
5

10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
y 0
14
24,3 40
51,2 59,4 65,5 73
79,5 86,3 93,2 100
80,
78,3 76,4 72,8 69,6 66,7 64,3 62,4 60,7 59,6 58,8 56,1
t
1

Hình 1 - Đồ thị cân bằng pha lỏng hơi x,y - Axeton – Benzen
Đồ án môn QT&TB
Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hoá 1-K10

15


Hình 2 - Đồ thị t-x,y hệ Axeton - Benzen
* Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp Rth:
Từ xF = 0,366 (phần mol) trên biểu đồ ta kẻ đường thẳng song song với trục y,

cắt đường cân bằng tại F, từ F kẻ song song với trục x, ta tìm được y F* = 0,57
(phần mol) với yF* là nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi cân bằng với nồng
độ cấu tử trong pha lỏng xF của hỗn hợp.
Vì nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi cân bằng với nồng độ cấu tử trong
pha lỏng xF của hỗn hợp đầu nên ta xác định chỉ số hồi lưu tối thiểu theo công
thức:
x − y F*
0,985 − 0,57
Rmin = P*
=
= 2,034
(II-158)
y F − xF
0,57 − 0,366
Vấn đề chọn chỉ số hồi lưu thích hợp R x rất quan trọng vì chỉ số hồi lưu thích
hợp nhỏ thì số bậc của tháp lớn (chiều cao tháp tăng), lượng hơi đốt tiêu tốn ít,
ngược lại khi chỉ số hồi lưu lớn thì số bậc của tháp nhỏ (chiều cao của tháp thấp)
lượng hơi đốt tiêu tốn lớn, đường kính lớn thì sản phẩm đỉnh thu được rất ít do đó
để thu được Rth ta chọn:
Rx = Rmin . β
(II-158)
Trong đó β là hệ số hồi lưu (β = 1,4 - 2,3)

Đồ án môn QT&TB
Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hoá 1-K10

16


Ta tính Rx dựa trên phương pháp: biết giá trị R min ta cho các giá trị bất kỳ ta sẽ

tính được R tương ứng (R > Rmin), với mỗi Rx ta xác định được số đĩa lý thuyết N lt
tương ứng.
Tương ứng với các giá trị từ β = 1,4; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 1,9; 2,0; 2,1; 2,2; 2,3 ta
tính được các giá trị của Rx:

Với

BX =

xP
R X +1

Dựng đồ thị quan hệ giữa Rx – Nlt(Rx + 1) - Hình 3

- Từ đồ thị ta thấy với Rx = 4,271 thì Nlt(Rx + 1) = 110,7 là bé nhất
Vậy Rth= 4,271 và Số đĩa lý thuyết là Nlt = 21.
Đồ án môn QT&TB
Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hoá 1-K10

17


Phương trình làm việc:
- Phương trình làm việc đoạn luyện:
y=

Rx
xP
4,271
0,985

x+
=
.x +
= 0,8103.x + 0,1869
Rx + 1
Rx + 1 4,271 + 1
4,271 + 1

- Phương trình làm việc đoạn chưng:
y=

Rx + f
f −1
x−
xw
Rx + 1
Rx + 1

[II – 158]

Với f: Lượng hỗn hợp đầu tính theo 1 kmol sản phẩm đỉnh
f =

F 118,14
=
= 2,857
P
41,35

Thay vào ta có:

⇒ y=

4,271 + 2,857
2,857 − 1
x−
.0,027 = 1,3523.x − 0,0095
4,271 + 1
4,271 + 1

Hình vẽ số đĩa lý thuyết

Đồ án môn QT&TB
Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hoá 1-K10

18


Hình 4 : Số đĩa lý thuyết tương ứng với β = 1,4 ; B = 0,256 và Nlt =32

Đồ án môn QT&TB
Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hoá 1-K10

19


Hình 5 : Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =1,5 ; B = 0,243 và Nlt = 29

Đồ án môn QT&TB
Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hoá 1-K10

20


Hình 6 : Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =1,6 ; B = 0,232 và Nlt = 27

Đồ án môn QT&TB
Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hoá 1-K10

21


Hình 7 : Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =1,7 ; B = 0,221 và Nlt = 25
100
40
70
20
50
80
30
60
90

Đồ án môn QT&TB
Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hoá 1-K10

22


Hình 8 : Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =1,8 ; B = 0,211 và Nlt = 24

Đồ án môn QT&TB
Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hoá 1-K10

23


Hình 9 : Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =1,9 ; B = 0,202 và Nlt = 23

Đồ án môn QT&TB
Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hoá 1-K10

24


Hình 10: Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =2,0 ; B = 0,194 và Nlt = 22

Đồ án môn QT&TB
Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hoá 1-K10

25