THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG CẤT METHANOL NƯỚC DÙNG THÁP MÂM CHÓP

CHÖÔNG I
TOÅNG QUAN


I. LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT
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 (nghóa là khi ở cùng một nhiệt độ, áp suất hơi bão
hòa của các cấu tử khác nhau). Thay vì đưa vào trong hỗn hợp một pha mới để
tạo nên sự tiếp xúc giữa hai pha như trong quá trình hấp thu hoặc nhả khí, trong
quá trình chưng cất pha mới được tạo nên bằng sự bốc hơi hoặc ngưng tụ.
Giữa hai quá trình cô đặc và chưng cất có một ranh giới cơ bản là trong quá
trình chưng cất dung môi và chất tan đều bay hơi (nghóa là các cấu tử đều hiện
diện trong cả hai pha nhưng với tỷ lệ khác nhau), còn trong quá trình cô đặc thì
chỉ có dung môi bay hơi còn chất tan không bay hơi.
Khi chưng cất ta thu được nhiều cấu tử và thường thì bao nhiêu cấu tử sẽ thu
được bấy nhiêu sản phẩm. Nếu xét hệ đơn giản chỉ có 2 hệ cấu tử thì ta thu
được 2 sản phẩm :
- Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn (nhiệt độ sôi nhỏ
)
- Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi nhỏ (nhiệt độ sôi lớn)
Đối với hệ Metanol - Nước sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm etanol và một ít
nước , ngược lại sản phẩm đáy chủ yếu gồm nước và một ít etanol.
2. Phân loại các phương pháp chưng cất
 Phân loại theo áp suất làm việc :
- Áp suất thấp
- Áp suất thường
- Áp suất cao

 Phân loại theo nguyên lý làm việc :

- Chưng cất đơn giản
- Chưng bằng hơi nước trực tiếp
- Chưng cất liên tục
 Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp :
- Cấp nhiệt trực tiếp
- Cấp nhiệt gián tiếp

3. Thiết bò chưng cất
Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bò khác nhau để tiến hành chưng
cất. Tuy nhiên yêu cầu cơ bản chung của các thiết bò vẫn giống nhau nghóa là
diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều này phụ thuộc vào mức độ phân
tán của một lưu chất này vào lưu chất kia. Nếu pha 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 tháp thường dùng trong chưng cất 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 đóa, ta có:
- Tháp mâm chóp : trên mâm bố trí có chóp dạng tròn hay một dạng
khác…
- 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.


So sánh ưu nhược điểm của các loại tháp:

Tháp chêm

Tháp mâm xuyên lỗ

Tháp mâm
chóp

- Cấu tạo đơn giản, trở lực - Kết cấu khá đơn - Khá ổn đònh
thấp
giản
- Hiệu suất cao
Ưu

- Làm việc được với chất - Trở lực tương đối hơn tháp mâm
lỏng bẩn nếu dùng đệm cầu thấp
xuyên lỗ
có    của chất lỏng
- Có thể làm việc với
chất lỏng bẩn

điểm

- Do có hiệu ứng thành  - Có khoảng làm việc Có trở lực
hiệu suất truyền khối thấp hẹp hơn tháp chóp
lớn
hơn tháp mâm
Nhược
điểm

- Yêu cầu chế tạo - Tiêu tốn

- Độ ổn đònh không cao, khó khắt khe
nhiều vật tư,
vận hành

kết cấu phức
- Chất lỏng phân bố
tạp
- Khi tăng năng suất thì hiệu không đều trên mâm
ứng thành tăng
- Thiết bò khá nặng nề

có đường kính lớn ( >
2,4 m )

Nhận xét : Tháp mâm chóp có hiệu suất truyền khối cao nhất so với 2 loại
tháp còn lại.
Vậy : để chưng cất hệ Methanol - Nước ta sử dụng tháp mâm chóp hoạt
động liên tục ở áp suất thường, cấp nhiệt gián tiếp ở đáy tháp.

II. TÍNH CHẤT NGUYÊN LIỆU
1. Methanol


Methanol còn gọi là rượu gỗ, có công thức hóa học CH3OH. Là
chất lỏng không màu, dễ bay hơi và rất độc. Các thông số của methanol:
-

Phân tử lượng: 32,04 g/mol.
Khối lượng riêng: 0,7918 g/cm3.
Nhiệt độ nóng chảy: -97oC (176K).

Nhiệt độ sôi: 64,5oC ( 337,8K).
Độ nhớt: 0,59 Ns/m2 ở 20oC.
1.1. Ứng dụng

Methanol được dùng làm chất chống đông, làm dung môi, làm
nhiên liệu cho động cơ đốt trong, nhưng ứng dụng lớn nhất là làm nguyên liệu
để sản xuất các hóa chất khác.
Khoảng 40% metanol được chuyển thành forml dehyde, từ đó sản
xuất ra chất dẻo, sơn…Các hóa chất khác được dẫn xuất từ metanol bao gồm
dimeylete…
1.2. Sản xuất
Methanol được sinh ra từ sự trao đổi chất yếm khí của 1 vài loài vi
khuẩn. Kết quả là 1 lượng nhỏ hơi methanol được tạo thành trong không khí.
Và sau vài ngày không khí có chứa methanol sẽ bò oxy hoá bởi O2 dưới tác
dụng của ánh sáng chuyển thành CO2 và H2O theo phương trình:
2CH3OH +

3O2

2CO2 + 4H2O

Hiện nay methanol được sản xuất bằng cách tổng hợp trực tiếp từ
H2 và CO, gia nhiệt ở áp suất thấp có mặt chất xúc tác.

2. Nước


- Trong điều kiện bình thường: nước là chất lỏng không màu, không mùi,
không vò nhưng khối nước dày sẽ có màu xanh nhạt.
- Nước là hợp chất chiếm phần lớn trên trái đất (3/4 diện tích trái đất là

Bảng 1.1 : Một số thông số vật lý và nhiệt động trên đường bão hòa
ở 1 atm
Nhiệt
Khối lượng riêng,
Hệ số
Độ nhớt,
Nhiệt
Nhiệt hóa
độ sôi ,
o
C

100

kg/m3
Thể

Thể

lỏng

hơi

958,4

0,597

dẫn
nhiệt,
W/m.độ

Pa.s

dung
riêng,
kJ/kg.độ

hơi, kJ/kg

0,682

0,282.10-3

4,22

2260

nước biển) và rất cần thiết cho sự sống.
-

Nước có tính phân cực mạnh, có khả năng hoà tan nhiều chất vì vậy nó
là dung môi rất quan trọng trong kỹ thuật hóa học.

3. Hỗn hợp Methanol-nước
Ta có bảng cân bằng lỏng-hơi cho hỗn hợp methanol - nước ở 1 atm
Bảng 1
toC

100 92,3 87,7 81,7

x

0

y

0
Ở đây

5

10

20

78
30

75,3 73,1 71,2 69,3 67,5
40

50

60

26,8 41,8 57,9 66,5 72,9 77,9 82,5
x là thành phần lỏng
y là thành phần hơi

70

87

80

66

64,5

90

100

91,5 95,8

100


1

y
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

0.7

Đồ thị cân bằng pha của hệ Methanol – nước ở áp suất 1at

0.8

0.9

x

1


CHƢƠNG 2
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ


I. BẢN VẼ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Chú thích các kí hiệu trong hình
1 – Bồn chứa nguyên liệu,
2 – Bơm,
3 – Bồn cao vò,
4 – Lưu lượng kế,
5 – Thiết bò đun sôi dòng nhập liệu,
6 – Bẫy hơi,
7 – Lưu lượng kế của bơm
8 – Bơm sản phẩm đỉnh,
9 – Tháp chưng cất,
10 – Thiết bò ngưng tụ,
11 – Thiết bò làm nguội sản phẩm đỉnh,
12 - Bồn chứa sản phẩm đỉnh,
13 – Thiết bò đun sôi đáy tháp,
14 – Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy
15 – Bồn chứa sản phẩm đáy,
16 – Bơm sản phẩm đáy

II. THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Hỗn hợp Methanol - Nước có nồng độ Methanol 18% (theo khối lượng),
nhiệt độ khoảng 27 0C tại bình chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm lên bồn
cao vò (3). Từ đó được đưa đến thiết bò gia nhiệt (5). Ở đây, hỗn hợp được đun
sôi đến nhiệt độ sôi nhờ hơi nước bão hòa. Sau đó, hỗn hợp được đưa vào tháp
chưng cất (9) ở đóa nhập liệu.
Trên đóa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn cất của tháp
chảy xuống. Trong tháp, hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng từ trên xuống. Ở đây,
có sự tiếp xúc và trao đổi giữa hai pha với nhau. Pha lỏng chuyển động trong
phần chưng càng xuống dưới càng giảm nồng độ các cấu tử dễ bay hơi vì đã bò
pha hơi tạo nên từ nồi đun lôi cuốn cấu tử dễ bay hơi .
Nhiệt độ càng lên trên càng thấp, nên khi hơi đi qua các đóa từ dưới lên thì
cấu tử có nhiệt độ sôi cao là nước sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta
thu được hỗn hợp có cấu tử Methanol chiếm nhiều nhất (93% theo khối lượng).
Hơi này đi vào thiết bò ngưng tụ (10) và được ngưng tụ thành lỏng (khí không
ngưng được đưa ra ngoài qua van xả). Một phần lỏng ngưng được hồi lưu về
tháp ở đóa trên cùng với tỷ số hoàn lưu thích hợp. Phần còn lại của chất lỏng
ngưng qua thiết bò làm nguội (11) sản phẩm đỉnh được làm nguội đến 350C, rồi
được đưa qua bồn chứa sản phẩm đỉnh (12).
Nhiệt độ càng xuống dưới càng cao, 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 là cấu tử khó bay hơi – nước (Methanol chỉ chiếm 2,2% theo khối lượng).
Dung dòch ở đáy đi ra khỏi tháp vào nồi đun (13). Dung dòch dược đun, bốc hơi
ở nồi đun (nhờ hơi nước bão hòa) cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc.
Phần còn lại chảy qua gờ chảy tràn ra ngoài về bồn chứa sản phẩm đáy (14).
Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là chất lỏng chứa 93%
Methanol về khối lượng.
Đây chỉ là quy trình công nghệ ban đầu. Ở phần sau của bản thuyết minh,
việc so sánh lượng nhiệt cần thiết để đun sôi nhập liệu và lượng nhiệt tỏa ra từ

sản phẩm đáy sẽ đưa ra quy trình phù hợp hơn.


CHƯƠNG 3
CÂN BẰNG VẬT CHẤT
VÀ NĂNG LƯNG


I. CÂN BẰNG VẬT CHẤT
1. Các thông số ban đầu
 Các kí hiệu :
- GF (kg/h) , F (kmol/h) : suất lượng nhập liệu.
- GD (kg/h), D (kmol/h) : suất lượng sản phẩm đỉnh.
- GW (kg/h),W (kmol/h) : suất lượng sản phẩm đáy.
- xF : nồng độ phần mol Etanol trong nhập liệu (kmol/kmol hỗn hợp).
- xD : nồng độ phần mol Etanol trong sản phẩm đỉnh (kmol/kmol hỗn hợp).
- xW : nồng độ phần mol Etanol trong sản phẩm đáy (kmol/kmol hỗn hợp).
- XF : nồng độ phần khối lượng Etanol trong nhập liệu (kg/kg hỗn hợp).
- XD : nồng độ phần khối lượng Etanol trong sản phẩm đỉnh (kg/kg hỗn hợp).
- XW : nồng độ phần khối lượng mol Etanol trong sản phẩm đáy (kg/kg hỗn
hợp).
 Các số liệu ban đầu :
- Năng suất nhập liệu : 6500 kg/h .
- Nồng độ sản phẩm đỉnh : XF = 0,93 kg/kg hỗn hợp.
- Nồng độ nhập liệu : XD = 0,18 kg/kg hỗn hợp.
- Nồng độ sản phẩm đáy : XW = 0,022 kg/kg hỗn hợp.
 Chọn các thông số sau :
- Nhiệt độ nhập liệu ban đầu : toF = 27oC .
- Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau khi làm nguội : tD = 45oC .
- Hơi đốt sử dụng là hơi nước bão hòa ở 2 at.

- Nước cấp cho thiêt bò ngưng tụ và làm nguội có nhiệt độ ban đầu 30oC.
- Trạng thái nhập liệu là trạng thái lỏng sôi .
2. Xác đònh suất lượng sản phẩm đỉnh và đáy
 Phương trình cân bằng vật chất cho toàn bộ tháp chưng cất :
F=D+W

(3.1)

F.xF = D.xD + W.xW

(3.2)

 Năng suât nhập liệu là 6500 kg/h ở 27oC
 Chuyển từ phần khối lượng sang phần mol:

xF =

XF
Mr
X F (1  X F )

Mr
Mn

XD
Mr
xD =
X D (1  X D )


Mr
Mn

=

=

0,18
32
0,18 (1  0,18) = 0,11 (kmol/kmol hỗn hợp).

32
18
0,93
32
0,93 (1  0,93) = 0,882 (kmol/kmol hỗn hợp).

32
18

Xw
0,022
Mr
46
xW =
= 0,022 (1  0,022) = 0,0125 (kmol/kmol hỗn hợp).
X w (1  X w )



32
18
Mr
Mn



Suất lượng sản phẩm đỉnh :

6500.0,18 6500.(1  0,18)
F =
+
= 332,67 ( kmol/h ).
32
18



Từ ( 3.1 ) và ( 3.2 ) ta có:


GD  1131,06(kg / h)

GW  5368,94(kg / h)

3. Xác đònh tỉ số hồi lưu thích hợp
3.1 Tỉ số hồi lưu tối thiểu :
- Chỉ số hồi lưu R = Lo/D ( Lo : lưu lượng lỏng hồi lưu trong tháp , kmol/h)
có ảnh hưởng đế quá trình chưng luyện, cụ thể nó ảnh hưởng đến vò trí
đường nồng độ làm việc do đó ảnh hưởng đến hiệu suất (số đóa) và năng

suất (đường kính) tháp chưng luyện.
- Tỉ số hoàn lưu tối thiểu là chế độ làm việc mà tại đó ứng với số mâm là
vô cực nhưng chi phí điều hành (nhiệt, nước, công để bơm) là tối thiểu.
Khi nhập liệu ở trạng thái lỏng sôi, Rmin có thể được xác đònh theo công
thức (7.75,p.200,[III]) :

Rmin

x D  y * F 0,882  0,4341
 *

 1,38198
0.4341  0,11
y F  xF

(CT7.75,p.200,[III])
3.2 Tỉ số hoàn lưu thích hợp :
- Khi R tăng, số mâm sẽ giảm nhưng đường kính tháp, thiết bò ngưng tụ,
nồi đun và công để bơm cũng tăng theo. Chi phí cố đònh sẽ giảm dần đến
cực tiểu rồi tăng đến vô cực khi hoàn lưu toàn phần. Lượng nhiệt và lượng
nước sử dụng cũng tăng theo tỉ số hoàn lưu.
- Tổng chi phí bao gồm : chi phí cố đònh và chi phí điều hành . Tỉ số hoàn
lưu thích hợp ứng với tổng chi phí là cực tiểu.
- Tuy nhiên, đôi khi các chi phí điều hành rất phức tạp, khó kiểm soát nên
người ta có thể tính tỉ số hoàn lưu thích hợp từ điều kiện tháp nhỏ nhất .Để
tính được tỉ số hoàn lưu thích hợp theo điều kiện tháp nhỏ nhất (không tính


đến chi phí điều hành),ta cần lập mối quan hệ giữa tỉ số hoàn lưu và thể
tích tháp ,từ đó chọn Rth ứng với thể tích tháp là nhỏ nhất.

- Trong bài toán thiết kế này, có thể lấy gần đúng theo kinh nghiệm :
R = 1,3Rmin + 0,3 = 1,3.1,38198 + 0,3 = 2,096574

4. Phương trình đường làm việc, số mâm lý thuyết
4.1.
Đường nồng độ làm việc của đoạn cất :
y=

12,096574
0,882
x
R.
.x 
.x  D =
2,096574  1
2,096574  1
R 1
R 1

= 0,677062x + 0,284431
4.2.

(3.4)

Đường nồng độ làm việc của đoạn chưng :
y=

R f
1 f
.x 

.xW = 2,096574  8,926 .x  1  8,926 .0,0125
R 1
R 1
2,096574  1
2,096574  1

= 3,5596.x – 0,031995

(3.5)

F 332,67
Với : f = 
= 8,926 : chỉ số nhập liệu .
D 37,27
4.3.

Số mâm lý thuyết :

Từ đồ thò, ta có số mâm lí thuyết là 8 – 1 = 7 mâm (nồi đun được xem là
tương đương với một mâm lý thuyết) bao gồm :
3 mâm chưng
4 mâm cất
Nhập liệu ở mâm số 4 tính từ dưới lên.
5. Số mâm thực tế
Số mâm thực tế được xác đònh theo hiệu suất trung bình :
N
N t  lt
tb

(CT

IX.59,

p.170,[II])
Trong đó Nt : số đóa thực tế , Nlt : số đóa lý thuyết
tb : hiệu suất trung bình của thiết bò
1, 2, …n, : hiệu suất của các bậc thay đổi nồng độ .
tb 

1   2  ...   n

p.171,[II])

(CT

n

IX.60,

n : số vò trí tính hiệu suất
tb : là một hàm số của độ bay hơi tương đối và độ nhớt của hỗn hợp
lỏng
Trong chưng cất :
Độ bay hơi tương đối của hỗn hợp :
p.170,[II])



y 1 x

.
1 y x

(CT

IX.61,

Trong đó : y , x : nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi
và pha lỏng
Độ nhớt của hỗn hợp lỏng được tính theo công thức sau :
I.12, p.84,[I])

lg  hh  x1 lg 1  x2 lg  2  ...  xn lg  n

(CT

Trong đó : 1, 2, …, n : độ nhớt động học của các cấu tử thành phần
(cP).
x1 , x2 , …, xn : là nồng độ phần mol của các cấu tử thành phần .
Ta tính hiệu suất tại 3 vò trí trên giản đồ xác đònh mâm lý thuyết :


thh

Mâm

x

y

66,3

0,882

0,95

liệu

87,1

0,11

Sát đáy

98,1

0,0125

(oC)

Đỉnh
Nhập

r

n

hh

(cP)

(cP)

(cP)

0,332 0,4275

0,34







2,542 0,8645 0,515

0,4341 0,272 0,3272 0,321 6,027 1,9924 0,420
0,067



0,245 0,2896 0,289 5,673 1,6395 0,445

0,515  0,42  0,445
 0,46
3
4
 9mâm
0,46

3

 7mâm
0,46

N chung 
N cat

Như vậy, số mâm thực tế là 16 mâm, bao gồm :
Số đóa phần cất : 7
Số đóa phần chưng : 9
Nhập liệu ở mâm số 9 tính từ dưới lên.


II. CÂN BẰNG NĂNG LƯNG
1. Tại thiết bò đun sôi nhập liệu
QD1 + Qf = QF + Qng1+ Qm1
p.196,[II])

(CT IX.149,

 Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào :
QD1= D1. 1 = D1( r1+t1.C1)

(CT IX.150,

p.196,[II])
- Dùng hơi nước ở áp suất 2at , th = 119,6 oC
- 1 : nhiệt lượng riêng của hơi đốt ( J/Kg)
- R1 : ẩn nhiệt hóa hơi ( J/Kg), r1 = 2208 kJ/kg

- t1 : nhiệt độ nước ngưng, t1 = th = 119,6oC
 Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào ở 27oC :
Qf = Gf.Cf.tf

(CT IX.151, p.196,[II])

- Gf = GF = 6500 kg/h
- Ở tf = 27oC, Xf = 0,18 thì Cf = 3391,5 J/kg.độ
Vậy : Qf = (6500.3391,5)/(3600.1000) = 165,3 (kW)
 Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra ở nhiệt độ sôi 83,1oC :
QF = GF.CF.tF

(CT IX.152, p.196,[II])

- GF = 6500 (Kg/h)
- tF = 87,1 oC
- CF = 3564 J/kg.độ
Vậy : QF = 6500.87,1.3564/(1000.3600) = 560,5 kW


 Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra : Qng1 = Gng1.C1 .th = D1 .C1 . th ( hơi
đốt ngưng tụ hoàn toàn và nước ngưng không bò mất nhiệt).
 Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh, lấy Qxq1 = 5%QD1
D1 = (QF – Qf)/(0,95r1) = (560,5-165,3).3600/(0,95.2208) = 687,26 (kg/h)
Vậy : lượng hơi đốt 2at cần dùng để đun sôi nhập liệu là 687,26 kg/h.
2. Tại tháp chưng cất
QF + QD 2 + QR = Qy + Qw + Qxq+ Qng2

(CT IX.156,

p.197,[II])
 Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào QF = 560,5 kW
 Nhiệt lượng do hơi đốt đun sôi đáy tháp QD2 :
QD2= D2.2 = D2.(r2 + C2.t2)
p.197,[II])

(CT IX.157,

Cũng sử dụng hơi nước 2at, số liệu giống hơi đốt đun sôi nhập liệu
 Nhiệt lượng do lưu lượng lỏng hồi lưu mang vào :
QR = GR.CR.tR

(CT IX.158,

p.197,[II])
- CR = CD (nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh) ở 66,3oC
Cn = 4184 (J/Kg.độ), Cr = 2791,5 (J/kg.độ)
CD

=XD.Cr + ( 1- XD).Cn = 0,93.2791,5 + 0,07.4184 = 2889

(J/kg.độ)
Vậy : QR = 231,35,2889,66,3/(1000.3600) = 126,67 (kW)
 Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp :
Qy =GD.( 1+ R).D
p.198,[II])

(CT IX.159,

- Nhiệt lượng riêng của hơi ở đỉnh tháp D ở 66,3oC :
D = r.YD + n ( 1 -YD) = r.XD + n ( 1 -XD)
r = rr + tD . Cr = 2342 + 66,3.4184 = 2619,4 kJ/kg
n = rn + tD . Cn = 2342 + 66,3. 4184 = 2619,4 kJ/kg
 D = 1394,3(kJ/kg)
Vậy : Qy= 1131,06.(1+2,0965).1394,3/3600 = 1356,47 (kW)
 Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra :
Qw= GW.tW.CW

(CT IX.160, p.197,[II])

Ở tW = 98,1oC, vì xW = 0,0125 rất nhỏ nên CW = Cn = 4218,5 J/kg
Vậy : Qw= 5368,94.98,1.4218,5/(1000.3600) = 617,18 (kW)
 Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh: Qxq2 = 5%QD2
 Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra Qng2 = Gng2 . C2 .t2 = D2.C2.t2 (xem
toàn bộ hơi đốt ngưng tụ và nước ngưng ra không bò mất nhiệt).
D2 = (Qy + Qw – QF – QR)/(0,95.r2)
= (1356,47 + 617,18-360,5 – 126,67).3600/(0,95.2208) =
2207,9 (kg/h).
Vậy : lượng hơi đốt 2at cần dùng trong nồi đun là 2207,9 kg/h.
Tổng lượng hơi đốt cần cung cấp cho hệ thống là 2886,16 kg/h.
3. Tại thiết bò ngưng tụ sản phẩm đỉnh
Ngưng tụ hoàn toàn hơi ra khỏi đỉnh tháp, ta có :
D.(R+1).rD = Gn1.Cn.(t2-t1)
- rD : ẩn nhiệt ngưng tụ sản phẩm đỉnh ở 66,3oC
rr = 1116,98 kJ/kg, rn = 2342 kJ/kg


rD = 1116,98.0,93 + 2342.0,07 = 1202,7 (kJ/kg)
- Chọn nhiệt độ vào, ra của nước trong thiết bò ngưng tụ : t1 = 30oC, t2

= 45oC  tTB = 37,5oC  Cn = 4178 J/kg.độ.
- GD .( Rx  1)rD

Gn1 

Cn (t 2  t1 )



1136,06.3,096574.1202,7
 67214(kg / h)
4178.(45  30)

Vậy : lương nước cần dùng để ngưng tụ hơi ra khỏi đỉnh tháp là 67214
kg/h.
4. Tại thiết bò làm nguội sản phẩm đỉnh
GD.CD.(tD – trD) = Gn2.Cn.(t2-t1)
- Ta có tD = 66,3oC, chọn nhiệt độ ra khỏi thiết bò làm nguội trD =
35oC

 ttbD = 50,65oC.

- Cr = 2718,5 J/kg.độ, Cn = 4181 J/kg.độ
 CD = 0,93.2718,5 + 0,07.4181 = 2820,6 (J/kg.độ).
- Nhiệt độ vào ra của nước làm nguội t1 = 30oC, t2 = 42oC  ttbn2 =
36oC

 Cn = 4181 J/kg.độ.

Gn2 = 1990,3 (kg/h).

Vậy : lượng nước cần dùng để làm nguội sản phẩm đỉnh về 35oC là
1990,3kg/h.
Tổng lượng nước giải nhiệt cần cung cấp cho hệ thống là95062,9 kg/h.

5. Tại thiết bò làm nguội sản phẩm đáy
Gw.Cw.(tw – trw) = Gn3.Cn.(t2-t1)
- Ta có tw = 98,1oC, chọn nhiệt độ ra khỏi thiết bò làm nguội trD =
35oC
 ttbw = 69,5oC.
- Cr = 2812,5 J/kg.độ, Cn =4189,25 J/kg.độ


 Cw = 4159 (J/kg.độ).
- Nhiệt độ vào ra của nước làm nguội t1 = 30oC, t2 = 42oC  ttbn2 =
36oC
 Cn = 4181 J/kg.độ.
Với Gw = 173,62 kg/h  Gn3 = 25857,8 (kg/h).
Vậy : lượng nước cần dùng để làm nguội sản phẩm đáy về 35oC là
25857,8 kg/h.
Tổng lượng nước giải nhiệt cần cung cấp cho hệ thống là 95062,9 kg/h.


CHÖÔNG 4
TÍNH TOAÙN
THIEÁT BÒ CHÍNH


I.

ĐƯỜNG KÍNH THÁP

Đường kính tháp được xác đònh theo công thức (CT IX.90, p.181,[II]) :
D = 0,0188

g tb
, m.
(  y . y ) tb

Trong đó :
g tb - lượng hơi trung bình đi trong tháp (kg/h).
(tb.y )tb - tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (kg/m2.s).
Vì rằng lượng hơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao của tháp nên ta
tính đường kính trung bình riêng cho từng đoạn : đoạn chưng và đoạn cất.

Hình 4.1 : ân bằn v t c ất c

t áp c ưn cất