Thiết kế tháp chóp chưng cất hệ etanol – nước

ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

TRƯỜNG ĐH BÀ RỊA VŨNG TÀU
KHOA HÓA HỌC & CNTP

GVHD: Th.s Tống Thị Minh Thu
Dương Khắc Hồng

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHŨ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập-tự do-hạnh phúc
------o0o-----

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Ngành: Công nghệ kỹ thuật hóa học và công nghệ thực phẩm
I.TÊN ĐỀ TÀI : Thiết kế tháp chóp chưng cất hệ etanol – nước hoạt động liên tục
với năng suất nhập liệu 1000kg/h có nồng độ nhập liệu 40% mol etanol thu được
sản phẩm đỉnh có nồng độ 85% mol etanol, nồng độ sản phẩm đáy 3% etanol.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
………(Viết thường, size 13)………………………………………….…..…...
………(Viết thường, size 13) ………………………………………….…..…..
…

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN:
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
V. HỌ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Th.s Tống Thị Minh Thu
Dương Khắc Hồng
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rỏ họ tên)

Bà Rịa Vũng Tàu,Ngày 2 tháng 5 năm2013
SINH VIÊN THỰC TẬP

(Ký và ghi rỏ họ tên)

TRƯỞNG BỘ MÔN
(Ký và ghi rỏ họ tên)

TRƯỞNG KHOA
(Ký và ghi rỏ họ tên)

Trang 1


ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

GVHD: Th.s Tống Thị Minh Thu
Dương Khắc Hồng

MỤC LỤC:

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.....................................................................................................6

Trang 2


ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

GVHD: Th.s Tống Thị Minh Thu
Dương Khắc Hồng

1.1.2.1. Tháp mâm: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các mâm có cấu tạo
khác nhau để chia thân tháp thành những đoạn bằng nhau, trên mâm pha lỏng và pha hơi

được cho tiếp xúc với nhau. Tùy theo cấu tạo của đĩa, ta có:.............................................7
1.1.2.2. Tháp chêm (tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều đoạn 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............................................................................................................7
CHƯƠNG 2: CÔNG NGHÊ CHƯNG CÂT HÊ ETANOL VA NƯƠC.................................11
2.1. Sơ đồ qui trình công nghệ chưng cất hệ Etanol – Nước:...........................................11
2.1.1 Chú thích các ký hiệu trong qui trình:.....................................................................11
2.1.2. Thuyết trình sơ đồ công nghệ:.................................................................................11
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN........................................................................................................13
3.1. Cân băng vât chất..........................................................................................................13
3.1.1. Các thông số ban đầu:............................................................................................13
3.1.3.1. Xac đinh ty sô hoan lưu thich hơp.....................................................................14
...............................................................................................................................................14
3.2. Cân băng nhiệt lương....................................................................................................14
3.2.1. Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng cất..............................................................14
3.3.1. Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất..............................................16
3.3.2. Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng.........................................16
3.3.3. Số mâm lý thuyết....................................................................................................16
3.4. Xac đinh sô mâm thưc tê..................................................................................................18
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH VA CƠ KHÍ CỦA THÁP CHƯNG CÂT..........19
4.1. Thiêt bi chinh................................................................................................................19
4.1.1. Đường kính tháp.....................................................................................................19
4.2. Tinh cơ khi.....................................................................................................................36
4.2.1. Tính bề dày thân trụ của tháp..................................................................................37
4.2.3. Chọn bích và vòng đệm...........................................................................................39
4.2.5. Chân đỡ và tai treo thiết bị......................................................................................41
4.2.5.1. Tinh sơ bộ khôi lương thap:............................................................................41
4.2.5.2. Chọn tai treo:..................................................................................................42
4.2.5.3. Chọn chân đỡ:....................................................................................................43
4.3. Tinh thiêt bi phụ...........................................................................................................44

4.3.1. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đẩu hay thiết bị làm nguội sản phẩm đáy....................44
4.3.1.1. Điều kiện nhiệt độ của qua trình....................................................................44
4.3.1.3. Chọn thiêt bi...................................................................................................46
4.3.2. Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh...........................................................................49
4.3.2.1. Điều kiện nhiệt độ của qua trình.....................................................................49
4.3.3. Thiết bị ngưng tụ hồi lưu.........................................................................................53
4.3.3.1. Điều kiện nhiệt độ của qua trình.....................................................................53
4.3.3.4. Xac đinh hệ sô cấp nhiệt từ dòng sản phẩm đỉnh đên thanh ông......................54
4.3.3.5. Xac đinh hê sô cấp nhiệt từ thanh ông đên nước...............................................54
4.3.3.6. Nhiệt tải riêng..................................................................................................55
4.3.3.7. Hệ sô truyền nhiệt.........................................................................................55

Trang 3


ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

GVHD: Th.s Tống Thị Minh Thu
Dương Khắc Hồng

4.3.3.8. Bề mặt truyền nhiệt.......................................................................................56
4.3.4. Thiết bị nồi đun.......................................................................................................56
4.3.4.1. Điều kiện nhiệt độ của qua trình.....................................................................56
4.3.4.2. Nhiệt tải..........................................................................................................57
4.3.4.3. Chọn thiêt bi...................................................................................................57
4.3.4.4. Xac đinh hệ sô cấp nhiệt từ dòng sản phẩm đỉnh đên thanh ông......................57
4.3.4.5. Tinh hệ sô cấp nhiệt của sản phẩm đay nồi..................................................58
4.3.4.6. Hệ sô truyền nhiệt.........................................................................................58
4.3.4.7. Bề mặt truyền nhiệt.......................................................................................59
4.3.4.8. Chiều dai mỗi ông............................................................................................59

4.3.5. Tính bồn cao vị........................................................................................................59
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VA KIẾN NGHỊ.............................................................................63
ĐỒ ÁN THAM KHẢO.....................................................................................................64

Trang 4


ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

GVHD: Th.s Tống Thị Minh Thu
Dương Khắc Hồng

LỜI MỞ ĐẦU
Một trong những ngành có sự đóng góp to lớn đến nganh công nghiệp nước ta nói
riêng và thế giới nói chung đó là ngành công nghệ hóa học. Đặc biệt là ngành hóa chất
cơ bản.
Trong thực tế chúng ta sử dụng rất nhiều dạng hóa chất khác nhau: hỗn hợp nhiều chất
hay đơn chất tinh khiết. Mà nhu cầu về một loại hóa chất tinh khiết cũng rất lớn. Qua
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 etanol – nước, do không có điểm đẳng khí nên có thể đật được bất kì độ
tinh khiết theo yêu cầu nhờ quá trình chưng cất.
Nhiệm vụ thiết kế: thiết kế tháp chóp chưng cất hệ etanol – nước hoạt động liên tục với
năng suất nhập liệu 1000kg/h có nồng độ nhập liệu 40% mol etanol thu được sản phẩm
đỉnh có nồng độ 85% mol etanol, nồng độ sản phẩm đáy 3% mol etanol.

Trang 5

ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

GVHD: Th.s Tống Thị Minh Thu
Dương Khắc Hồng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT
1.1.1. Phương pháp chưng cất
Chưng cất là quá trình phân tách hỗn hợp lỏng (hoặc khí lỏng) thành các cấu tử
riêng biệt dựa vào sự khác nhau về sự bay hơi của chúng (hay nhiệt độ sôi khác nhau ở
cùng áp suất), 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. Khác với cô đặc, chưng cất là quá
trình trong đó cả chất tan và dung môi đều bay hơi, còn cô đặc là quá trình trong đó chỉ
có dung môi 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 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 bé(nhiệt độ sôi lớn). Đối với hệ Etanol Nước sản phẩm đáy chủ yếu gồm nước và một ít etanol.
Các phương pháp chưng cất được phân loại theo:
- Áp suất làm việc: chưng cất áp suất thấp, áp suất thường và áp suất cao. Nguyên tắc
của phương pháp này là dựa vào nhiệt độ sôi của các cấu tử, nếu nhiệt độ sôi của các
cấu tử quá cao thì ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi của các cấu tử.
- Nguyên lý làm việc: liên tục, gián đoạn (chưng đơn giản) và liên tục.
+ Chưng cất đơn giản (gián đoạn): phương pháp này được sử dụng trong các
trường hợp sau:
• Khi nhiệt độ sôi của các cấu tử khác xa nhau.
• Không đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao.
• Tách hỗn hợp lỏng r a khỏi tạp chất không bay hơi.
• Tách sơ bộ hỗn hợp nhiều cấu tử.
+ Chưng cất hỗn hợp hai cấu tử (dùng thiết bị hoạt động liên tục) là quá trình được

thực hiện liên tục, nghịch dòng, nhiều đoạn.
• Phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp:cấp nhiệt trực tiếp bằng hơi nước.

Trang 6


ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

GVHD: Th.s Tống Thị Minh Thu
Dương Khắc Hồng

Vậy: đối với hệ Etanol-nước, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt gián
tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường.
1.1.2. Thiết bị chưng cất:
Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp nhưng chúng đều có một yêu
cầu cơ bản là diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều này phụ thuộc vào độ phân
tán của lưu chất này vào lưu chất kia.
Tháp chưng cất rất phong phú về kích cỡ và ứng dụng, các tháp lớn nhất thường
được ứng dụng trong công nghiệp lọc hóa dầu. Kích thước của tháp: đường kính tháp
và chiều cao tháp tùy thuộc suất lượng pha lỏng, pha khí của tháp và độ tinh khiết của
sản phẩm. Ta khảo sát 2 loại tháp chưng cất thường dùng là tháp mâm và tháp chêm.
1.1.2.1. Tháp mâm: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các mâm có cấu
tạo khác nhau để chia thân tháp thành những đoạn bằng nhau, trên mâm 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 chép dạng: tròn, xú bắp, chữ s…
* Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm bố trí các lỗ có đường kính (3-12) mm.
1.1.2.2. Tháp chêm (tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều đoạn 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.
Bảng 1.1 So sánh ưu và nhược điểm của các loại tháp:

Tháp chêm.
Tháp mâm xuyên lỗ

Tháp mâm chóp

Ưu điểm:

-Đơn giản.
-Trở lực thấp

-Hiệu suất tương đối -Hiệu suất cao.
-Hoạt động ổn định.
cao.
-Hoạt động khá ổn
định.
-Làm việc với chất
lỏng bẩn.

Nhược điểm:

-Hiệu suất thấp.
-Độ ổn định
kém.
-Thiết bị nặng.

-Trở lực khá cao.
-Yêu cầu lắp đặt khắt
khe =>lắp đĩa thật
phẳng.

-Cấu tạo phức tạp.
-Trở lực lớn.
-Không làm việc
với chất lỏng bẫn.

Nhận xét: Tháp mâm xuyên lỗ là trạng thái trung gian giữa tháp chem. và tháp mâm
chóp. Nên ta chọn tháp chưng cất là tháp mâm xuyên lỗ.
Vậy: Chưng cất hệ Etanol-Nước ta dùng tháp mâm xuyên lỗ hoạt động liên tục ở áp
suất thường, cấp nhiệt gián tiếp ở đáy tháp.
1.2. GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU
Nguyên liệu là hỗn hợp Etanol – Nước.

Trang 7


GVHD: Th.s Tống Thị Minh Thu
Dương Khắc Hồng

ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

1.2.1. Etanol: (Còn gọi là rượu etylic, cồn etylic hay cồn thực phẩm).
Etanol có công thức phân tử: CH3-CH2-OH, khối lượng phân tử: 46 đvC. Là
chất lỏng có mùi đặc trưng, không độc, tan nhiều trong nước.
Một số thông số vật lý và nhiệt động của etanol:
+ Nhiệt độ sôi ở 760(mmHg): 78,3oC.
+ Khối lượng riêng:

= 810 (Kg/m3)

- Tính chất hóa học;

Tất cả các phản ứng hóa học xảy ra ở nhóm hydroxyl (-OH) của etanol là thể hiện
tính chất hóa học của nó.
+ Phản ứng của hydro trong nhóm hydroxyl
CH2-CH2-OH

CH3 CH2-O- + H+

Hằng số phân ly của etanol: KCH3-CH2-OH = 10-18, cho nên etanol là chất trung tính.
* Tính acid của rượu thể hiện qua phản ứng với kim loại kiềm, Natri hydrua
(NaH), Natri amid (NaNH2):
CH3-CH2-OH + NaH

CH3-CH2-ONa + H2

Natri etylat
Do KCH3-CH2-OH < KH20 = 10-14: tính acid của rượu nhỏ hơn tính acid của nước, nên khi
muối natri etylat tan trong nước sẽ bị thủy phân thành rượu trở lại.
* Tác dụng với acid tạo ester: Rượu etanol có tính bazơ tương đương với nước.
Khi rượu tác dụng với acid vô cơ H2SO4, HNO3 và acid hữu cơ đều tạo ra ester.
CH3-CH2-OH + HO-SO3-H
CH3-CH2O-H + HO-CO-CH3

H3- CH2O-SO3-H + H2O
CH3-COO-C2H5 + H2O

+ Phản ứng trên nhóm hydroxyl:
* Tác dụng với HX:
CH3-CH2-OH + HX

CH3-CH2-X + H2O

* Tác dụng với Triclo Phốt pho:
CH3-CH2-OH + PCl3

CH3-CH2-Cl + POCl + HCl

* Tác dụng với NH3:
CH3-CH2-OH + NH3

C2H5-NH2 + H2O

* Phản ứng tạo ester và tách loại nước
2CH3-CH2-OH

(CH3-CH2)2O + H2O

Trang 8


GVHD: Th.s Tống Thị Minh Thu
Dương Khắc Hồng

ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

CH3-CH2-OH

CH2=CH2 + H2O

+ Phản ứng hydro và oxy hóa:
CH3-CH2-OH

CH3-CHO + H2

- Ứng dụng:
Etanol có nhiều ứng dụng hơn metanol, nó đóng một vai trò quan trọng trong
nền kinh tế quốc dân. Nó là nguyên liệu dùng để sản xuất hơn 150 mặt hàng khác nhau
và được ứng dụng rộng rãi trong các ngành: công nghiệp nặng, y tế và dược, quốc
phòng, giao thông vận tải, dệt, chế biến gỗ và nông nghiệp.
CN cao
su tổng
hợp

Dung
môi hữu
cơ: pha
sơn
Nhiên
liệu

Etanol

Rượu
mùi.
Thuốc
trừ sâu

Thuốc
nhuộm.
Tơ
nhân

tạo

Sát
trùng.
Pha
chế
thuốc

Sơn.
vecni

Đồ
nhựa.
keo
dán.
Hương
liệu

Thuốc
súng
không
khói.
tiễn

Hình 1.1 Sơ đồ tóm tắt vị trí của etanol trong các ngành công nghiệp.
+ Phương pháp điều chế: có nhiều phương pháp điều chế etanol: hydrat hóa
etylen với xúc tác H2SO4; thủy phân dẫn xuất halogen và ester của etanol khi đun nóng
với nước xúc tác dung dịch bazơ; hydro hóa aldyhyt acetic; từ các hợp chất cơ kim…
Trong công nghiệp, điều chế etanol bằng phương pháp lên men từ nguồn tinh
bột và rỉ đường. Những năm gần đây, ở nước ta công nghiệp sản xuất etanol chủ yếu là

sử dụng chủng nắm men Saccharomyses cerevisiae để lên men tinh bột:
C6H6O6
2C2H2OH + 2CO2 + 28Kcal
Trong đó: 95% nguyên liệu chuyển thành etanol và CO 2. 5% nguyên liệu
chuyển thành sản phẩm phụ: glyxerin, acid sucxinic, dầu fusel, metylic và các acid hữu
cơ (lactic, butylic…)
1.2.2. 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 5 dạng tinh thể khác nhau:
• Khối lượng phân tử:
18 g/mol

Trang 9


GVHD: Th.s Tống Thị Minh Thu
Dương Khắc Hồng

ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

• Khối lượng riêng

c: 1 g/l

• Nhiệt độ nóng chảy :
0oC
• Nhiệt độ sôi:
100oC
Nước là hợp chất chiềm phần lớn trên trái đất (¾ diện tích trái đất là nước

biển) và rất cần thiết cho sự sống.
Nước là dung môi phân cực mạnh, có khả năng hòa tan nhiều chất và là dung
môi rất quan trọng trong kỹ thuật hóa học.
1.2.3. Hỗn hợp Etanol – nước
Bảng 1.1 Ta có bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ của hỗn hợp
Etanol – Nước ở 760 mmHg
X(%
phân mol)

0

5

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Y( %
phân mol)

0

33.2

44.2

53.1

57.6

61.4

65.4

69.9

75.3

81.8

89.8

100

100

90.5

86.5

83.2

81.7

80.8

80

79.4

79

78.6

78.4

78.4

T(oC)

Hình 1.1: Hình biễu diễn hệ 2 cấu tử etanol- nước

Trang 10

ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

GVHD: Th.s Tống Thị Minh Thu
Dương Khắc Hồng

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ CHƯNG CẤT HỆ ETANOL VÀ NƯỚC.
Etanol là một chất lỏng tan vô hạn trong H2O, nhiệt độ sôi là 78,3 o C ở
760mmHg, nhiệt độ sôi của nước là 100oC ở 760mmHg: hơi cách biệt khá xa nên
phương pháp hiệu quả để thu etanol có độ tinh khiết cao là phương pháp chưng cất.
Trong trường hợp này, ta không thể sử dụng phương pháp cô đặc vì các cấu tử đều có
khả năng bay hơi, và không sử dụng phương pháp cô đặc vì các cấu tử đều có khả
năng bay hơi, và không sử dụng phương pháp trích ly cũng như phương pháp hấp thụ
do phải đưa vào một khoa mới để tách, có thể làm cho quá trình phức tạp hơn hay quá
trình tách không được hoàn toàn.
2.1. Sơ đồ qui trình công nghệ chưng cất hệ Etanol – Nước:
2.1.1 Chú thích các ký hiệu trong qui trình:
1. Bồn chứa nguyên liệu
2. Bơm
3. Bơm dự phòng
4. Bồn cao vị
5. Thiết bị đun sôi dòng nhập liệu
6. Bẫy hơi
7. Tháp chưng cất
8. Nhiệt kế
9. Áp kế
10. Thiết bị ngưng tụ
11. Bộ phận chỉnh dòng
12. Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh
13. Nồi đun

14. Thiết bị trao đổi nhiệt
15. Bồn chứa sản phẩm đáy
16. Bồn chứa sản phẩm đỉnh
17. Lưu lượng kế
2.1.2. Thuyết trình sơ đồ công nghệ:
Hỗn hợp Nước – Etanol có nồng độ nhập liệu là 40% nhiệt độ khoảng 25 C tại bồn
chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm lên bồn cao vị (4). Từ đó được đua đến thiết
bị đun sôi dòng nhập liệu (5). Sau đó hỗn hợp được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi, rồi được
vào tháp chưng cất (7) ở đĩa nhập dữ liệu.
Trên đĩa nhập dữ 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 giảm nồng độ các cấu tử dễ bay hơi vì đã bị pha hơi tạo nên từ nồi đun (13) lôi

Trang 11


ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

GVHD: Th.s Tống Thị Minh Thu
Dương Khắc Hồng

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 etanol sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh
tháp ta thu được hỗn hợp có cấu tử nước chiếm nhiều nhất ( có nồng độ 85%). Hơi này
đi vào thiết bị ngưng tụ (10) và được ngưng tụ hoàn toàn, sau đó đi qua bộ phận chỉnh
dòng (11). Ở đây một phần của chất lỏng ngưng tụ được hoàn lưu về tháp ở đĩa trên
cùng. Phần còn lại sẽ đi qua thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh (12) rồi đưa vào bồn chứa
sản phẩm đỉnh (16). 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 (etanol). Hỗn hợp lỏng ở đấy có nồng
độ nước là 3% mol, còn lại là etanol. Dung dịch lỏng đi qua ở đáy đi ra khỏi tháp vào
nồi đun (13). 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 (14), được làm nguội đến 35 0 C, rồi đưa ra bồn chứa sản phẩm đáy (15).

Trang 12


GVHD: Th.s Tống Thị Minh Thu
Dương Khắc Hồng

ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN
3.1. Cân bằng vật chất
3.1.1. Các thông số ban đầu:
• Năng suất nhập liệu : G = 1000(Kg/h)
• Nồng độ nhập liệu : x F = 40% mol etanol
• Nồng độ sản phẩm đỉnh : x D =85%mol etanol
• Nồng độ sản phẩm đáy : xW =3%mol etanol
• Khối lượng phân tử cua rượu va nước : M R =46, M N = 18
•
Chọn :
o
♦ Nhiệt độ nhập liệu: t' F = 28 C
F

o
♦ Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau khi lam nguội: t ' D = 35 C

o
♦ Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi trao đổi nhiệt : t 'W = 35 C

♦ Trạng thái nhập liệu là trạng thái lỏng sôi.
• Chọn kí hiệu:
♦ G F , F: suất lượng nhập liệu tinh theo Kg/h, Kmol/h.
♦ G , D: suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo Kg/h, kmol/h.
♦ G , W: suất lượng sản phẩm đáy tính theo Kg/h, Kmol/h.
D

W

♦

: phần mol,phần khối lượng của cấu tử i.

3.1.2. Xác định suất lượng nhập liệu.
Với: Phần mol nhập liệu: x F =0.4(phần mol etanol)
__
46.x F
46.0.4
xF =
=
= 63.013% (theo khối lượng)
46 X F + (1 − X F ).18

46.0.4 + (1 − 0.4).18

Khối lượng phân tử trung bình dòng nhập liệu:
M F = 46 × x F + (1 − x F ) × 18 = 46 × 0.4 + (1 − 0.4) × 18 = 29,2 (Kg/Kmol)

Suất lượng nhập liệu là:
F=

G F 1000
=
= 34,247 (Kmol/h)
M F 29,2

3.1.3. Xác định suất lượng sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy
Cân bằng vật chất cho toàn tháp: F=D + W (3.1)
Cân bằng cấu tử etanol (cấu tử nhẹ): F. x F =D. x D +W. xW (3.2)
Tỷ lệ thu hồi: F. .η=D. (3.3)
Phần mol sản phẩm đỉnh: x D =0,85 (phần mol etanol).
__

xD =

46.x D
46.0.85
=
= 93,54% (theo khối lượng)
46 x D + (1 − x D ).18 46.0.85 + (1 − 0.85).18

Khối lượng phân tử trung bình dòng sản phẩm đỉnh:
Trang 13


ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

GVHD: Th.s Tống Thị Minh Thu
Dương Khắc Hồng

M D = 46.x D + (1 − x D ).18 = 41,8 (Kg/Kmol)
Phần mol sản phẩm đáy: xW =0.3% mol etanol
__
46.xW
46.0.3
xW =
=
= 52,27%
46 xW + (1 − xW ).18 46.0.3 + (1 − 0.3).18

(theo khối

lượng)
Khối lượng phân tử trung bình dòng sản phẩm đáy:
M W = 46.xW + (1 − xW ).18 = 26,4 (Kg/Kmol)
Giải 3 phương trình (3.1),(3.2),(3.3) ta có:
 D = 15.453( Kmol / h)
W = 18.794( Kmol / h)


3.1.3.1. Xác định tỷ số hoàn lưu thích hợp
a.Tỷ số hoàn lưu tối thiểu
Với x F = 0.4 tra đồ thị cân bằng (hình 2.1) được:
Tỷ số hoàn lưu tối thiểu là:
Rmin =

x D − y F* 0.85 − 0.615

=
= 1.093
0.615 − 0.4
y F* − x F

b.Tỷ số hoàn lưu thích hợp
Khi R tăng,số mâm sẽ giảm nhưng đường kính tháp,thiết bị ngưng tụ,nồi đun
và công để bơm cũng tăng theo.Chỉ số sẽ giảm dần đến cực tiểu rồi tăng đến vô
cực khi hoàn toàn phần, nhiệt lượng và lượng nước sử dụng cũng tăng theo tỉ số
hoàn lưu.
Tổng chi phí bao gồm: chi phí cố định và chi phí điều hành.Tỉ số hoàn lưu
thích hợp từ 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 R th ứng với thể tích
tháp là thấp nhất.
Nhận thấy,tiết diện tháp tỉ lệ với lượng hơi đi trong tháp,mà lượng hơi lại tỷ
lệ với lượng lỏng hồi lưu trong tháp, do trong điều kiện làm việc nhất định thì G D
sẽ không đổi nên lượng hồi lưu sẽ tỉ lệ với (R+1),do đó,tiết diện tháp sẽ tỉ lệ
R+1 .Ngoài ra ,chiều cao tháp tỉ lệ với số đơn vị chuyển khối m ox*(R+1).Như vậy,
ta có thể thiết lập quan hệ giữa R và Vtháp theo quan hệ m0x*(R+1).
3.2. Cân bằng nhiệt lượng
3.2.1. Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng cất
QF + Qđ = QW + QD +Q nt +QM (Tài liệu [2] –trang 41).
Trong đó:
: nhiệt lượng ngưng tụ do hơi sản phẩm đỉnh ngưng tụ thành lỏng.
+ Qnt
Chọn hơi sản phẩm đỉnh ngưng tụ hoàn toàn thành lỏng.
Qnt =D(R+1) × M D .rD (KJ/h) (công thức 2.14 –trang 42 [2] )
Trang 14

ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

GVHD: Th.s Tống Thị Minh Thu
Dương Khắc Hồng

Ẩn nhiệt hóa hơi của nước: rN =2312.67 (kJ/kg), ([3] – trang 225)
Ẩn nhiệt hóa hơi của rượu: rR =825.84 (kJ/kg), ([3] – trang 225)
Ẩn nhiệt hóa hơi của sản phẩm đỉnh:
_

_

rD = rR × x D + (1 − x D ) × rN = 825.84 × 0.9354 + (1 − 0.9354) × 2321.67 = 921.889( KJ / kg )

Vậy: Qnt = 15.453 × (1.7209 + 1) × 41.8 × 921.889 = 1620243.545 (kJ/h)
+ QF : nhiệt lượng do hỗn hợp rượu mang vào tháp.
QF = G F × H F = G F × c F (t F − t 0 ) (kJ/h).
c F : nhiệt dung riêng của dòng nhập liệu (J/kg.độ)
- Nhiệt dung riêng của nước: c N = 4186 (J/kg.độ).

Chọn nhiệt đọ chuẩn: t o = 20 C.

t F + t 0 80.8 + 20
=
= 50.4 O C tra bảng tài liệu tham khảo [3] –
2
2
trang 172, ta có nhiệt dung riêng của etanol: c R = 2882.25 (J/kg.độ)

Ở nhiệt độ trung bình:

_

_

Suy ra: c F = x F × c R + (1 − x F ) × c N = 0.63013 × 2882.25+ (1 − 0.63013) × 4186
= 3367.84 (J/kg.độ) =3.3678 (kJ/kg.độ).
Vậy: QF =1000 × 3.3678 × (86.5 − 20) =223958.7 (kJ/h)
: nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra từ nồi đun.
+ QW
QW = GW × H W = W × M W × cW × (t w − t o ) (kJ/h)
cw: nhiệt dung riêng sản phẩm đáy.
Do sản phẩm đáy chứa nhiều nước nên nhiệt dung riêng của sản phẩm đáy có thể
tính gần đúng theo công thức sau:
_

cW = (1 − x W ) × c N = (1 − 0.5227) × 4186 =1997.9778 (J/Kg.độ)=1.998 (KJ/kg.độ)

Vậy: QW = 18.794 × 26.4 × 1.998 × (99.8 − 20) =79108.20 (kJ/h)
+ QD : nhiệt lượng do sản phẩm đỉnh mang ra từ bộ phận tách hoàn lưu.
QD = G D × H D = D × M D × c D (t D − t o ) (kJ/h).
cw: nhiệt dung riêng sản phẩm đỉnh.
t D −t o 78.5 + 20
=
= 49.25 o C , ([3]- 172 ,ta có nhiệt dung
2
2
riêng của etanol: c R = 2882.25 (J/kg.độ)).

Ở nhiệt độ trung bình:

→ c = x × c + (1 − x D ) × c = 0.9354 × 2882.25 + (1 − 0.9354) × 4186 = 2966.47
D
D
R
N
__

__

(J/kg.độ) =2.9665 (kJ/kg.độ)
Vậy QD = 15.453 × 41.8 × 2.9665 × (78.5 − 20) = 112095.79 (kJ/h).
: nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh.Chọn : Qm = 0.05 × Qđ
+ Qm
Vậy : nhiệt lượng cần cung cấp cho nồi đun ở đáy tháp :
Trang 15


GVHD: Th.s Tống Thị Minh Thu
Dương Khắc Hồng

ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

Qđ =
=

1
× (QW + QD + Qnt − QF )
0.95

1

(79108.120 + 112095.79 + 162043.545 − 223958.7)
0.95

=136093.4263 (kJ/h)
3.3. Phương trình đường làm việc - Số mâm lý thuyết
3.3.1. Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất
x
R
2 .4
0,85
.x + D =
×x+
R +1
R + 1 2 .4 + 1
2 .4 + 1
= 0.706 x + 0.25
y=

3.3.2. Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng
y=

R+L
1− L
2.4 + 2.2162
1 − 2.2162
.x +
.xW =
.x +
× 3%
R +1

R +1
2 .4 + 1
2 .4 + 1

=1.358x - 0.0107
Với: L=

F 34,247
=
= 2.2162 :chỉ số nhập liệu
D 15.453

3.3.3. Số mâm lý thuyết
* Xác định hiệu suất trung bình của tháp ηtb
+ Độ bay tương đối của hỗn hợp etanol – nước
α=

-

( [4]-171)

với: - x: nồng độ phần mol của etanol trong pha lỏng
Y*: nồng độ phần mol của etanol trong pha hơi cân bằng với pha lỏng.
xF = 0.4
y*F= 0.615
to sôi nhập liệu là
αF =

= 80.8oC

=

= 2.396

+ Phần khối lượng nhập liệu
=
Từ

= 0.63 (kg etanol/ kg h2)

=
= 63.013 % và

= 80.8oC

Ta được µF

= 55 (M.s/m2)

Hay µF = 55.10-6

9.81 = 0.53955.10-4 (N.s/m2) = 0.53955 (cp)

=> αF

= 2.396

0.53955 = 1.2928
Trang 16

GVHD: Th.s Tống Thị Minh Thu
Dương Khắc Hồng

ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

rF = 47 % = 0.47 ( [4]– trang 171)
* Tại vị trí mâm đáy:
Với xw= 0.03 Tra đồ thị cân bằng hệ etanol – nước (hình 1.1)
y* = 3.8% = 0.038
nhiệt độ sôi của sản phẩm đáy : tw = 90.5
+ Độ bay hơi tương đối của sản phẩm đáy:
αw =

=

= 1.277

+ Nồng độ phẩn khối lượng của sản phẩm đáy:
=
Từ

=0.0732 (kg etanol/ kg h2)

=
= 90.5 oC

= 52.27% và

= 48 (N.s/m2)

µw

µw = 48.10-6

9.81 = 0.47088.10-3 = 0.47088 (cp)

=> αw µw = 1.277 0. 47088=0.601
=> ηw = 55% = 0.55
* Tại vị trí mâm đỉnh
xD = 0.85 Tra đồ thị cân bằng của hệ etanol – nước ( hình 1.1) được
- =0.856
-Nhiệt độ sôi của sản phẩm đỉnh:
+ Độ bay hơi sản phẩm đỉnh:
αD =

=

= 78.5oC

= 1.049

+ Nồng độ phần khối lượng sản phẩm đáy:
=
Từ

= 0.935 (kg etanol/ kg h2)

=

= 93.5% và tD = 78.5oC tài liệu tham khảo [3] (hình I.28 – trang 107)

Ta được µD
Hay µD = 51.10-6

= 51 (N.s/m2)
9.81 = 0.500.10-3 (N.s/m2) = 0.500(Cp)

Suy ra: αD µD = 1.049
ηD= 60% = 0.6

0.500 = 0.525 ([4] –171)

Trang 17


GVHD: Th.s Tống Thị Minh Thu
Dương Khắc Hồng

ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

ηtb=

=

= 0.54

3.4. Xác định số mâm thực tế
Số mâm thực tế của tháp: Ntt: ηtb =

= 38.88 mâm ηtb

Vậy chọn Ntt = 39 mâm
Trong đó ntb : hiệu suất trung bình của đĩa là một hàm số của độ bay hơi tương đối
và độ nhớt của hỗn hợp lỏng : η=f(α,µ)
N tt : số mâm thực tế.
N lt : số mâm lý thuyết.

Trang 18


ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

GVHD: Th.s Tống Thị Minh Thu
Dương Khắc Hồng

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH VÀ CƠ KHÍ
CỦA THÁP CHƯNG CẤT
4.1. Thiết bị chính
4.1.1. Đường kính tháp
Đường kính tháp được xác định theo công thức sau:
D = 0.0188

g tb
( ρ y * ω y ) tb

Trong đó g tb : lượng hơi nước đi trung bình trong tháp (Kg/h )
(ρtb * ωy )tb : tốc độ hơi đi trung bình trong tháp ( Kg/h )
Vì rằng lượng hơi và lượng hơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao của tháp
và khác nhau trong mỗi đoạn cho nên ta phải tính đường kính trung bình riêng cho

từng đoạn: đoạn chưng và đoạn cất.
4.1.1.1. Đường kính đoạn cất
• Nồng độ trung bình của pha lỏng:
x’m = ( xF + xD )/2 = (0.4 + 0.85 )/2 = 0.625
• Nồng độ trung bình của pha hơi theo phương trình đường làm việc:
y’m = 0.706 * x’m + 0.25
= 0.706 * 0.625 + 0.25
= 0.69125
• Nhiệt độ trung bình của pha hơi, pha lỏng từ giãn đồ t-x,y:
x’m = 0.625 → t’x = 79.3 OC
y’m = 0.69125 → t’y = 79.5 OC
• Khối lượn mol trung bình và khối lượng riêng pha hơi:
M’m = y’m * Metanol + (1 – y’m) * Mnước
= 0.69125 * 46 + (1 – 0.69125) * 18
= 37.36 (Kg/ Kmol)
M m' * TO
37.36 * 273
ρy=
= 1.292(Kg/m3)
' =
22.4 * T y
22.4 * (273 + 79.5)
’

• Khối lượng riêng pha lỏng:
Trang 19


GVHD: Th.s Tống Thị Minh Thu
Dương Khắc Hồng

ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

0.625 * 58

x’m = 0.625 → x ’m =
0.625 * 46 + (1 − 0.625) * 18
= 0.80986 (phần khối lượng)
’
O
’
t x = 79.3 C → ρ etanol = 735.665 (Kg/m3)
ρ’nước = 972.385 ( Kg/m3)
([4]-10)
'
'
1
xm
(1 − x m )
⇒ ' = '
+
'
ρx
ρ acetone
ρ nuoc
0.80986
(1 − 0.80986)
=
+
735.665

972.385

= 1.296 * 10-3
⇒ ρ = 771.37 (Kg/m3)
a. Lượng hơi trung bình đi trong đoạn cất:
ρtb = ( gđ + g1 )/2 ( Kg/h )
gđ: lượng howira khỏi đĩa trên cùng
gđ = GR + GD = GD ( Rx + 1)
= D (Rx +1) = 15.453 (2.4 + 1)
= 52.54 (Kmol/h) =2205 kg/h
g1 : lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn cất
g1 = G1 + GD = G1 + D
= G1 + 15.453 (Kg/h)
• Lượng hơi g1, hàm lượng y 1 , lượng lỏng G1, được xác định theo hệ phương
trình sau :
 g1 = G1 + D

 g1 * y1 = G1 * x1 + D * x D (x1 = x F )
g * r = g * r
d
d
 1 1

r1 = retanol* y 1 + (1 - y 1 ) * rnước
rđ = retanol* y D + ( 1 - y D ) * rnước
Tại vị trí nhập liệu:
O
tF =86.5 C → ra = retanol =199.4 kcal/kg= 834.84 Kj/Kg= 38402.64(kJ/kmol)
rb = rnước= 552.5 kcal/kg = 2313,207Kj/ Kg= 41637.726(kJ/kmol)
( Bảng I.212-Sổ tay tập một )

⇒ r1 = ra * y 1 + (1 - y 1 ) * rb
= 41637.726 - 3235.086 * y1
Tại vị trí đỉnh tháp:
tD = 78.5 OC → ra = retanol = 202.6 kcal/kg= 848.25( Kj/Kg )=
39019.25(kJ/kmol)
rb = rnước =560.5kcal/kg =2346.7( Kj/ Kg )= 42240.6(kJ/kmol)
(Bảng I.212-Sổ tay tập một)
yD = 0.85 ( phần mol ) → y D = 0.94 ( phần khối lượng )
Trang 20


ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

GVHD: Th.s Tống Thị Minh Thu
Dương Khắc Hồng

rđ = ra * y D + ( 1 - y D ) rb
= 39394.21 (Kj/ Kmol)
⇒ g1 * r1 = gđ * rđ = 2205*39212.53=86.464* 10 6
 g1 = G1 + 15.453

⇒  g1 * y1 = G1 * 0.4 + 15.453 * 0.85 (r1 = 41637.726 - 3235.086 * y1)

6
 g1 * r1 = 2.069 * 10
 y1 = 0.5343

⇒  g1 = 51.8
G = 36.35kmol / h = 1525.54(kg / h)
 1

⇒ gtb = ( g1 + gđ ) /2
= (51.8 + 52.54)/2 =52.17 (Kmol/h)=2189.47(kg/h)
b. Vận tốc hơi đi trong tháp:
( ρy * ωy )tb = 0.065 * ϕ[δ] * h * ρ x * ρ y (Kg/m2*s )
tb

tb

ρx tb : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng
ρ’x = 799.624 (Kg/m3)
ρy tb : khối lượng riêng trung bình của pha hơi:
ρ’y = 1.292(Kg/ m3)
h: khoảng cách mâm ( m ), chọn h = 0.3
ϕ[δ]: hệ số tính đến sức căng bờ mặt

1
1
1
=
+
(δatenol , δnước tra ở bảng I.242- Sổ tay tập một )
δ hh
δ e tan ol
δ nuoc
1
1
=(
+
)

17.4275
62.87

⇒ δhh = 13.65 < 20 dyn/cm
Nên theo sổ tay tập hai: ϕ[δ] = 0.8
⇒ ( ρy * ωy )tb = 0.065 * 0.8 * 0.3 * 799.624 * 1.292
= 0.91546 (Kg/m2*s )
⇒ Đường kình đoạn cất:
Dcất = 0.0188 *

2189.47
= 0.919 (m )
0.91546

Chọn Dcất theo tiêu chuẩn : 1 ( m)
4.1.1.2. Đường kính đoạn chưng
a. Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng:
• Nồng độ trung bình của pha lỏng :
x”m = ( xF + xW )/2 = (0.4 + 0.003 )/2 = 0.215
• Nồng độ trung bình của pha hơi theo phương trình đường làm việc :
y”m = 1.358 * x”m - 0.0107
= 1.358 * 0.215 – 0.0107
Trang 21


ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

GVHD: Th.s Tống Thị Minh Thu
Dương Khắc Hồng

= 0.28127
• Nhiệt độ trung bình của pha hơi, pha lỏng từ giãn đồ t-x,y:
x”m = 0.215 → t”x = 82.975 OC
y”m = 0.28127 → t”y = 91.952 OC
• Khối lượng mol trung bình và khối lượng riêng pha hơi :
M”m = y”m * Metanol + (1 – y”m) * Mnước
= 0.28127 * 46 + (1 – 0.28127) * 18
= 25.88 (Kg/ Kmol)
M m" * TO
25.88 * 273
ρ = 22.4 * T " =
= 0.864 (Kg/m3)
22
.
4
*
(
273
+
91
.
952
)
y
”
y

• Khối lượng riêng của pha lỏng :
x”m = 0.215 → x ”m = 0.4117 (phần khối lượng)
t”x = 82.975 OC → ρ”etanol = 732.1738 (Kg/m3)

ρ”nước = 969.9175 ( Kg/m3)
(Bảng I.2 – Sổ tay tập một )
"
''
1
xm
(1 − x m )
⇒ ρ" = "
+
''
ρ acetone
ρ nuoc
x
0.4117
(1 − 0.4117)
=
+
732.1738
969.9175

⇒ ρ”x = 855.578(Kg/m3)
a. Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng:
g’tb = (g’n + g’1)/2 ( Kg/h )
g’1: lượng hơi đi vào đoạn chưng
g’n: lượng hơi ra khỏi đoạn chưng
Vì lượng hơi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện nên
g’n = g1
Hay g’tb = ( g1 + g’1 )/2
Lượng hơi đi vào đoạng chưng g’1, lượng lỏng G’1 và hàm lượng lỏng x’1
được xác định theo hệ phương trình cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng:

G1' = g1' + W

'
'
'
=> G1 * x1 = g1 * y W + W * x W g
 ' '
g * r = g n' * rn' = g1 * r1
 1 1

Với W = 18.794 (kmol/h)
Xw = 0.003(phần mol) =>yw =0.03004(phần mol)
- Tính r’1:
Trang 22


GVHD: Th.s Tống Thị Minh Thu
Dương Khắc Hồng

ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

Ta có g1.r1 = g’1.r’1 = 2.069 106

Giải hệ ta có:
-

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng :
= (g1+ )/2 = (1358.3+ 1320.273)/2 = 1339.3 (kg/h)

b. Vận tốc hơi đi trong tháp:

(kg/m2.s)

= 0.065
: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng =
: khối lượng riêng trung bình của pha hơi =

= 855.578 (kg/m3)
= 0.864 (kg/m3)

h: khoảng cách mâm (m) ,chọn h= 0.3 (m)
: hệ số tính đến sức căng bề mặt
=

+

Áp dụng Công thức nội suy ta có tw = 94.3
Áp dụng sổ tay QTTB bảng I.242 và CT nội suy ta có:
= 16.013
= 59.9545
=

+

=>

Nên theo sổ tay tập 2:
=

= 12.638< 20dyn/cm
= 0.8

0.065 0.8

=

0.774374

2

(kg/m .s)
Đường kính đoạn chưng

Trang 23


ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

Dchưng = 0.0188

GVHD: Th.s Tống Thị Minh Thu
Dương Khắc Hồng

=0.782 (m)

Chọn Dchưng theo tiêu chuẩn = 0.8(m)
Do đó Dtháp = 1(m)
4.1.2. Chiều cao toàn bộ tháp
• Chiều cao tháp được xác định theo công thức sau :
H = Ntt * (Hđ +δ ) + (0.8 ÷ 1.0) (m)
Với Ntt: số đĩa thực tế = 39

δ : Chiều dày của mâm, chọn δ = 4 (mm) = 0.004 (m)
H đ: khoảng cáh giữa các mâm (m) theo bảng IX.4a- Sổ tay tập hai, Hđ
= 0.2 ( m )
(0.8 ÷ 1.0): khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy tháp
⇒ H = 39 * (0.3 + 0.004) + (0.8 ÷ 1.0) = 8.878(m)
4.1.3. Tính toán chóp và ống chảy chuyền
• Chọn đường kính ống hơi dh = 47 ( mm ) = 0.047 ( m )
• Số chóp phân bố trên đĩa :
D2
12
N = 0.1 * 2 = 0.1 *
= 44 (chóp)
dh
0.047 2

(D: đường kính trong của tháp )
• Chiều cao chop phía trên ống dẫn hơi :
h2 = 0.25 * dh = 0.01175 (m)
• Đường kính chóp:
dch = d h2 + (d h + 2 * δ ch ) 2
δch: chiều dày chóp, chọn bằng 2 ( mm )

•
•
•
•

⇒ dch = 47 2 + ( 47 + 2 * 2) 2 = 69.39 ( mm )
Chọn dch = 70 (mm)
Khoảng cách từ mặt đĩa đến chân tháp :

S = 0 ÷25 (mm), chọn S = 12.5 (mm)
Chiều cao mực chất lỏng trên khe chóp :
h1 = 15 ÷40 ( mm ), chọn h1 = 30 (mm)
Tiết diện tháp :
F = π * D2/4 = 3.1416 * 0.82/4 =0.5062 (m2)
Bước tối thiểu của chóp trên mâm :
tmin = dch + 2*δch + l2
l2: khoảng cách nhỏ nhất giữa các chóp
l2 = 12.5 + 0.25*dch = 12.5 + 0.25*71 = 36.25 (mm)
chọn l2 = 35 (mm)
Trang 24


GVHD: Th.s Tống Thị Minh Thu
Dương Khắc Hồng

ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

⇒ tmin=70 + 2*2 + 35 = 110 (mm)
4.1.3.1. Tính cho phần cất
• Chiều cao khe chóp :
b = (ξ * ω2y * ρy)/ (g * ρx )
ξ : hệ số trở lực của đĩa chóp ξ = 1.5 ÷2 , choïn ξ = 2
ωy = (4* Vy )/ ( 3600 * π * d2h * n )
Vy: lưu lượng hơi đi trong tháp
Vy = gtb / ρ y = 2189.47/1.292 = 1694.64 (m3/h)
⇒ ωy = (4* 1694.64) / (3600 * π * 0.0472 * 45)
= 6. 029(m/s)
⇒ b = (2 * 6.0292 * 1.292) / (9.81 * 799.624)
= 26.6 * 10-3 (m)

Chọn b = 20 (mm) (10 ÷ 50 mm )
• Chiều rộng khe chóp : a = 2 : 7 mm ; chọn a = 2 ( mm )
• Số lượng khe hở của mỗi chóp :
tb

d h2
i = π/c * (dch –
)
4*b

c = 3 ÷ 4 mm (khoảng cách giữa các khe), choïn c = 3 (mm)
⇒ i = 3.1416/3 * (70 -

47 2
) = 44.4 (khe)
4 * 20

Chọn i = 45 (khe)
Gx: lưu luọng lỏng trung bình đi trong tháp ( Kg/h )
1
* (G1 + GF)
2
1
= * (1525.54 + 1000)
2

Gx =

= 1262.77 (Kg/h)
z: số ống chảy chuyền, chọn z = 1

ωc: tốc độ chất lỏng trong ống chẩy chuyền, ωc = 0.1 ÷ 0.2 ( m/s )
Chọn ωc = 0.15 (m/s)
ρx = 855.545 (Kg/m3)
4.1.3.2. Tính cho phần chưng
• Chiều cao khe chóp :
b = (ξ * ω2y * ρy)/ (g * ρx)
ξ : hệ số trở lực của đĩa chóp ξ = 1.5 ÷ 2 , chọn ξ = 2
ωy = (4* V’y)/ (3600 * π * d2h * n )
V’y: lưu lượng hơi đi trong tháp
'
V’y = g’tb / ρ y = 1339.3 / 0.864 = 1550.12 (m3/h)
⇒ ωy = (4* 1550.12) / (3600 * 3.1416 * 0.0472 * 39)
= 6.364 (m/s)
tb

Trang 25