ccat acid aceticnuocmam xuyen lo nAZjl 20130411034424 16282

1ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị

GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ

MỤC LỤC

1

trang
2
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24

25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39

2

LỜI MỞ ĐẦU
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN...................................................................
I . LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT
1 . Phương pháp chưng cất
2 . Thiết bị chưng cất:
II . GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU
1 . Acid axetic
2 . Nước
3 . Hỗn hợp Acid axetic – Nước
III . CÔNG NGHỆ CHƯNG CẤT HỆ ACID AXETIC– NƯỚC
CHƯƠNG II : CÂN BẰNG VẬT CHẤT
I . CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU

II . XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ĐỈNH VÀ SẢN PHẨM
ĐÁY
III . XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HOÀN LƯU THÍCH HỢP
1 . Tỉ số hoàn lưu tối thiểu
2 . Tỉ số hoàn lưu thích hợp
IV . PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC – SỐ MÂM LÝ
THUYẾT
1 . Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất
2 . Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng
3 . Số mâm lý thuyết
V . XÁC ĐỊNH SỐ MÂM THỰC TẾ
CHƯƠNG III :TÍNH TOÁN –THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT
I . ĐƯỜNG KÍNH THÁP
1 . Đường kính đoạn cất
2 . Đường kính đoạn chưng
II . MÂM LỖ – TRỞ LỰC CỦA MÂM
1 . Cấu tạo mâm lỗ
2 . Độ giảm áp của pha khí qua một mâm
3 . Kiểm tra ngập lụt khi tháp hoạt độngO(
III . TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CỦA THÁP
1 . Bề dày thân tháp :
2 . Đáy và nắp thiết bị :
3 . Bích ghép thân, đáy và nắp :
4 . Đường kính các ống dẫn – Bích ghép các ống dẫn :

1


5ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị
40

41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58

GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ

5 . Tai treo và chân đỡ:
CHƯƠNG IV : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT- THIẾT
BỊ PHỤ
I . CÁC THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT
1 . Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh
2 . Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh
3 . Nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy
4 . Thiết bị trao đổi nhiệt giữa nhập liệu và sản phẩm đáy
5 . Thiết gia nhiệt nhập liệu

II. TÍNH BẢO ÔN CỦA THIẾT BỊ
III . TÍNH TOÁN BƠM NHẬP LIỆU
1 . Tính chiều cao bồn cao vị
2 . Chọn bơm
CHƯƠNG V : GIÁ THÀNH THIẾT BỊ
I . TÍNH SƠ BỘ GIÁ THÀNH CỦA THIẾT BỊ
II . KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO

59
60
61
62
63
64
65
66

6

2


9ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị
67
68
69
70
71
72

73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102

103
104
105

10

GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ

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.
Hiện nay, trong nhiều ngành sản suất hóa học cũng như sử dụng sản phẩm hóa
học, nhu cầu sử dụng nguyên liệu hoặc sản phẩm có độ tinh khiết cao phải phù hợp
với quy trình sản suất hoặc nhu cầu sử dụng.
Ngày nay, các phương pháp được sử dụng để nâng cao độ tinh khiết: trích ly,
chưng cất, cô đặc, hấp thu… Tùy theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa
chọn phương pháp thích hợp. Đối với hệ acid axetic- Nước là 2 cấu tử tan lẫn hoàn
toàn, ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho acid axetic.
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 hoá- thự c phẩm tương lai. Môn học giúp sinh viên
giải quyết nhiệm vụ tính toán cụ thể về: yêu cầu công nghệ, kết cấu, giá thành của
một thiết bị trong sản xuất hoá 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 ĐAMH là thiết kế tháp chưng cất hệ acid axetic - Nước hoạt động
liên tục với nâng suất nhập liệu : 5m3/h có nồng độ 8% mol acid axetic ,thu được sản
phẩm đỉnh có nồng độ 0.5% mol acid axetic với nồng độ dung dịch đáy acid axetic là
30%.
Em chân thành cảm ơn các quí thầy cô bộ môn Máy & Thiết Bị, các bạn sinh

viên đã giúp em hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên, trong quá trình hoàn thành đồ án
không thể không có sai sót, em rất mong quí thầy cô góp ý, chỉ dẫn.

3


13ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128

129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140

14

GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN.
I . LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT:
1 . Phương pháp chưng cất :
Chưng cất là qua trình phân tách hỗn hợp lỏng (hoặc khí lỏng) thành các cấu
tử riêng biệt dựa vào sự khác nhau về độ 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 dung môi và chất tan 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 hệ cấu tử thì ta thu được 2
sản phẩm: sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm 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 acid axetic - nước sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm nước và một ít acid axetic ,
ngược lại sản phẩm đáy chủ yếu gồm acid axetic và một ít nước.
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 đuợc 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 ra 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, nhều đoạn.
• Phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp: cấp nhiệt trực tiếp bằng hơi nước:
thường được áp dụng trường hợp chất được tách không tan trong nước .
Vậy: đối với hệ acid axetic – Nước, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục
cấp nhiệt gián tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường.

4


17ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị
141
142
143
144
145

146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161

GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ

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 vaò 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 hoá dầu. Kích thước của tháp : đường kính
tháp và chiều cao tháp tuỳ 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.
• 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 đựơc cho tiếp xúc với nhau. Tùy theo cấu tạo của đĩa, ta
có:
* Tháp mâm chóp : trên mâm có chóp dạng tròn hay một dạng khác,có
rãnh xung quanh để pha khí đi qua va ống chảy chuyền có hình tron
* Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm bố trí các lỗ có đường kính 3-12mm
được bố trí trên các đỉnh tam giác,bước lổ bằng 2,5 đến 5 lần đường kính
• 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.
• So sánh ưu và nhược điểm của các loại tháp :
Tháp chêm.
Ưu điểm:

Nhược
điểm:

- Đơn giản.
- Trở lực thấp.

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

Tháp mâm chóp.
- Hiệu suất cao.
- Hoạt động ổn định.

- Hiệu suất thấp.

- Trở lực khá cao.

- Cấu tạo phức tạp.

164

- Độ ổn định kém.

18

- Yêu cầu lắp đặt khắt
khe -> lắp đĩa thật phẳng.

5

- Trở lực lớn.


21ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị

GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ

165

22

6

25ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị
26
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192

193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209

27

GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ

Nhận xét: tháp mâm xuyên lỗ là trạng thái trung gian giữa tháp chêm và
tháp mâm chóp. Nên ta chọn tháp chưng cất là tháp mâm xuyên lỗ.
Vậy: Chưng cất hệ acid axetic - Nước ta dùng tháp mâm xuyên lỗ hoạt động
liên tục ở áp suất thường, cấp nhiệt gián tiếp ở đáy tháp.

II . GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU :
Nguyên liệu là hỗn hợp acid axetic - Nước.
1 . Etanol: (Còn gọi là rượu etylic , cồn êtylic 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: d420 = 810 (Kg/m3).
• Tính chất hóa học:
Tất cả các phản ứng hoá học xảy ra ở nhóm hydroxyl (-OH) của etanol là
thể hiện tính chất hoá học của nó.
* Phản ứng của hydro trong nhóm hydroxyl:
CH3-CH2-OH
CH3-CH2-O- + H+
−18
Hằng số phân ly của etanol: K CH −CH −OH = 10 , 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
−14
Do K CH −CH −OH < K H O = 10 : tính acid của rượu nhỏ hơn tính acid
của nước, nên khi muối Natri etylat tan trong nước sẽ bị thuỷ 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.
Lạnh
CH3-CH2-OH + HO-SO3-H
CH3-CH2O-SO3-H + H2O
3

3

2

2

2

H
CH3-CH2O-H + HO-CO-CH3
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
+ Phản ứng tạo eter và tách loại nước:
2CH3-CH2-OH
CH3-CH2-OH

H2SO4
>150oC
H2SO4
>150oC

7

Al2O3
to

(CH3-CH2)2O

+

CH2=CH2 +

H2O

C2H5-NH2 + H2O
H2O


30ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị
31
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220

221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250

251
252
253
254
255

32

GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ

* Phản ứng hydro và oxy hoá:
CH3-CH2-OH

Cu
200-300oC

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 suất 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.
+ Công nghiệp cao su tổng
hợp
+ Động lực.

+ Dung môi hữu cơ:pha sơn..
+ Nguyên liệu.

+ Rượu mùi.
+ Dấm.

Nhiên liệu.

+ Động lực.
+ Thuốc trừ sâu.

+ Thuốc súng không khói.
+ Nhiên liệu hoả tiễn, bom bay.

Etano
l

+ Đồ nhựa.
+ Keo dán.
+ Hương liệu.

+ Thuốc nhuộm.
+ Tơ nhân tạo.

+ Sát trùng.

+ Sơn.

Sơ đồ tóm tắt+vịPhatríchcủa
trong
các ngành công nghiệp.
ế thuetanol
ốc.

+ Vecni.
• Phương pháp điều chế: có nhiều phương pháp điều chế etanol: hydrat hoá
etylen với xúc tác H2SO4; thuỷ phân dẫn xuất halogen và ester của etanol khi
đun nóng với nước xúc tác dung dịch bazơ; hydro hoá aldyhyt acêtic; 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 nghệ sản suất etanol
chủ yếu là sử dụng chủng nấm men Saccharomyses cerevisiae để lên men tinh
bột:
Nấm men
C6H6O6
2C2H5OH + 2CO2 + 28 Kcal
Zymaza
Trong đó: 95% nguyên liệu chuyển thành etanol và CO2.
5% nguyên liệu chuyển thành sản phẩm phụ: glyxêrin, acid
sucxinic, dầu fusel, metylic và các acid hữu cơ(lactic, butylic…).

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 dạng 5 dạng tinh thể khác nhau:
Khối lượng phân tử
: 18
g / mol
0
Khối lượng riêng d4 c
: 1
g / ml

8

35ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị
36
256
257
258
259
260
261
262
263
264

GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ

Nhiệt độ nóng chảy
: 0 0C
Nhiệt độ sôi
: 1000 C
Nước là hợp chất chiếm phần lớn trên trái đất (3/4 diện tích trái đất là nước
biển) và rất cần thiết cho sự sống.
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 . Hỗn hợp Etanol – Nước:
Ta có bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp Etanol Nước ở 760 mmHg:
x(%phân mol)
y(%phân mol)
t(oC)

0
0
118.
4

5
9.2
115.
4

10
16.7
113.
8

20
30.3

30
42.5

40
53

110.1

107.5

105.8

265

266

37

9

50
62.6
104.
4

60
71.6
103.
3

70
79.5
102.1

80
86.4
101.
3

90
93

100
100

100.6

100


40ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị
41
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286

287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314

42

GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ

III. CÔNG NGHỆ CHƯNG CẤT HỆ ETANOL – NƯỚC:
Etanol là một chất lỏng tan vô hạn trong H2O, nhiệt độ sôi là 78,30C 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 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.
* Sơ đồ qui trình công nghệ chưng cất hệ Etanol – nước:
Chú thích các kí hiệu trong qui trình:
1 . Bồn chứa nguyên liệu.
2 . Bơm.
3 . Bồn cao vị.
4 . Lưu lượng kế.
5 . Thiết bị trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy.
6 . Thiết bị gia nhiệt nhập liệu.
7 . Bẩy hơi.
8 . Tháp chưng cất.
9 . Nhiệt kế.
10 . Ap kế.
11 . Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh.
12 . Nồi đun.
13 . Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh.
14 . Bồn chứa sản phẩm đỉnh.
15 . Bồn chứa sản phẩm đáy.
16 . Bộ phận phân dòng.

10


45ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị
46

GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ

315

47

11


50ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị
51

GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ

316

52

12


55ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị
56

GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ

317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344

57

13


60ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị
61
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366

367
368
369
370

GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ

* Thuyết minh qui trình công nghệ:
Hỗn hợp etanol – nước có nồng độ etanol 10% ( theo phân mol), nhiệt độ
khoảng 280C 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 (5) ( trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy ).
Sau đó, hỗn hợp được đun sôi đến nhiệt độ sôi trong thiết bị gia nhiệt(6), hỗn hợp
được đưa vào tháp chưng cất (8) ở đĩa nhập liệu.
Trên đĩa 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 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 nước sẽ ngưng tụ lại,
cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp có cấu tử etanol chiếm nhiều nhất (có
nồng độ 85% phân mol). Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ (11) và được ngưng tụ
hoàn toàn. Một phần chất lỏng ngưng tụ đi qua thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh
(13), được làm nguội đến 350C , rồi được đưa qua bồn chứa sản phẩm đỉnh (14).
Phần còn lại của chất lỏng ngưng tụ đựơc hoàn lưu về tháp ở đĩa trên cùng với tỉ số
hoàn lưu tối ưu. 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 ( nước). Hỗn hợp lỏng ở đáy
có nồng độ etanol là 0,11 % phân mol, còn lại là nước. Dung dịch lỏng 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 được trao

đổi nhiệt với dòng nhập liệu trong thiết bị (5) (sau khi qua bồn cao vị).
Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là etanol, sản phẩm đáy sau
khi trao đổi nhiệt với nhập liệu có nhiệt độ là 600C được thải bỏ.

371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387

62

CHƯƠNG II : CÂN BẰNG VẬT CHẤT .
I . CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU :

• Năng suất nhập liệu:
• ( x =x1*M1/(x1*M1+(1-x1)*M2)=(0.08*60)/(0.08*60+0.92*18)=20/89=0.2247

14


65ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị
66
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412

413
414
415
416
417
418
419

67

GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ

• 1/ ρ tb = x /ρ a + (1 − x) / ρ n =20/89/1039.6+(1-20/89)/995.6, ρ tb =1005.16kg/m3)
• GF=QF* ρ tb =5*1005.16=5025.8(kg/h).

•
Nồng độ nhập liệu :
xF = 8% mol acid axetic (xF=0.92)
•
Nồng độ sản phẩm đỉnh : xD = 0.5% mol acid axetic( xD=0.995)
• Nồng độ sản phẩm đáy : xW = 30% mol acid axetic.(xW=0.7)
• Khối lượng phân tử của acid axetic và nước : MA =60 kg/kmol , MN =18
kg/kmol .
• Chọn :
+ Nhiệt độ nhập liệu : t’F =28oC .
+ Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau khi làm nguội : t’D =35oC .
+ Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi trao đổi nhiệt : t’W = 35oC .
+Trạng thái nhập liệu là trạng thái lỏng sôi .
• Các kí 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 : phân mol , phân khối lượng của cấu tử i .

II . XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ĐỈNH VÀ SẢN PHẨM
ĐÁY :
• Cân bằng vật chất cho toàn tháp :
F=D+W
(II.1)
• Cân bằng cấu tử
: F.xF = D.xD + W.xW (II.2)
Với : * Phân mol nhập liệu : xF = 8%(phân mol acid axetic ).
Khối lượng phân tử trung bình dòng nhập liệu :
MF = 60. x F + (1 − x F ).18 = 21.36 (Kg/Kmol).
F=

GF
5025.8
=
=235.29 (Kmol/h)
MF
21.36

* Phân mol sản phẩm đỉnh : xD =0,5% (phân mol acid axetic ) .
Khối lượng phân tử trung bình dòng sản phẩm đáy :
MW = 60.xW + (1 − xW ).18 = 30.6 (Kg/Kmol).
Khối lượng phân tử trung bình dòng sản phẩm đỉnh :
MD = 60. x D + (1 − x D ).18 =18.21 (Kg/Kmol).
Giải 2 phương trình (II.1),(II.2)ta có :

15


70ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị
71
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432

GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ

D =175.47 (Kmol/h)
W = 59.819 (Kmol/h)

III . XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HOÀN LƯU THÍCH HỢP:
1 . Tỉ số hoàn lưu tối thiểu:
Tỉ số hoàn lưu tối thiểu là chế độ làm việc mà tại đó ứng với số mâm lý thuyết
là vô cực .Do đó ,chi phí cố định là vô cực nhưng chi phí điều hành (nhiên liệu
,nước và bơm…) là tối thiểu .
Do đồ thị cân bằng của hệ acid axetic -Nước có điểm uốn ,nên xác định tỉ số

hoàn lưu tối thiểu bằng cách :
+Trên đồ thị cân bằng y-x ,từ điểm (0.995,0.995) ta kẻ một đường thẳng đi
qua điểm (xF,y*F) cắt trục Oy tại điểm có yo = 0.32.
+Theo phương trình đường làm việc đoạn cất , khi xo =0 thì
yo =

433

xD

=0.32

Rmin + 1

434
435

Vậy : tỉ số hoàn lưu tối thiểu : Rmin = 2.109
or

436

Rmin=

x − y*
y* − x
D

F

F

437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458

F

=

0.995 − 0.945

=2
0.945 − 0.92

Tỉ số hoàn lưu thích hợp:RX=1.3Rmin+0.3=2.9

2. Tỉ 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.Chi phí cố định 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 định 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 R th
ứng với thể tích tháp là nhỏ nhất.
Nhận thấy ,tiết diện tháp tỉ lệ với lượng hơi đi trong tháp ,mà lượng hơi lại tỉ lệ
với lượng lỏng hồi lưu trong tháp ,do trong điều kiện làm việc nhất định thì GD sẽ
không đổi nên lượng lỏng hồi lưu sẽ tỉ lệ với (R+1) ,do đó , tiết diện tháp sẽ tỉ lệ
với (R+1). Ngoài ra ,chiều cao tháp tỉ lệ với số đơn vị chuyển khối mox hay số mâm
lý thuyết Nlt .Cho nên ,thể tích làm việc của tháp tỉ lệ với tích số mox*(R+1) .Như
vậy, ta có thể thiết lập quan hệ giữa R và Vtháp theo quan hệ R và mox*(R+1) .Từ đồ
thị của quan hệ này ,ta xác định được điểm cực tiểu của mox*(R+1) ứng với tỉ số
hoàn lưu thích hợp R .
R
2.496
2.723

72

mox
47.818
37.733

16

mox*(R+1)
167.173
140.480


75ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị
76
2.973
3.023

GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
32.801
33.545

130.320
134.952

459

460
461
462
463

464
465
466
467
468

Vậy : Tỉ số hoàn lưu thích hợp là R= 2,973 .

IV . PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆCSỐ MÂM LÝ
THUYẾT:
1 . Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất :
y=

2,9
0,995
x
R.
.x +
.x + D =
2,9 + 1
2,9 + 1
R +1
R +1

=0,7436.x + 0.2551

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

2,9 + 1.341

1.341 − 1
R+ f
f −1
.x +
.0.7
.x +
.xW =
2,9 + 1
2,9 + 1
R +1
R +1

469

= 1.087x – 0.0612

470

Với : f =

471
472
473
474
475
476
477
478
479
480

481
482

77

F 235.29
=
= 1.341 : chỉ số nhập liệu .
D 175.47

3 . Số mâm lý thuyết :
Đồ thị xác định số mâm lý thuyết :(Xem hình ở trang sau ).

17


80ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị
81
483
484
485
486
487
488
489
490
491
492
493
494

495
496
497
498
499
500
501
502
503
504
505
506
507
508
509
510
511
512
513
514
515
516
517
518
519
520
521
522
523

82

GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ

Từ đồ thị ,ta có : 29 mâm bao gồm : 19 mâm cất
1 mâm nhập liệu
5 mâm chưng(4 mâm chưng+1 nồi đun)
Tóm lại ,số mâm lý thuyết là Nlt = 28 mâm .

V . XÁC ĐỊNH SỐ MÂM THỰC TẾ:
Số mâm thực tế tính theo hiệu suất trung bình :
N tt =

N lt
η tb

(st2/170)

trong đó: ηtb : 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).
Ntt : số mâm thực tế.
Nlt : số mâm lý thuyết.
• Xác định hiệu suất trung bình của tháp η tb :
+ Độ bay tương đối của cấu tử dễ bay hơi :

18


85ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị
86

y* 1 − x
α=
1 − y* x

524
525
526
527
528
529
530
531
532
533
534
535
536
537
538
539
540
541
542
543
544
545
546
547
548

549
550
551
552
553
554
555
556
557
558

87

GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ

Với : x :phân mol của nước trong pha lỏng .
y* : phân mol của nước trong pha hơi cân bằng với pha lỏng.
* Tại vị trí nhập liệu :
xF = 0.92 ta tra đồ thị cân bằng của hệ : y*F = 0.945
tF = 100.52 oC
+ αF =

y* F 1 − x F
0.945 1 − 0.92
=
.
= 1.494
*
1 − 0.945 0.92
1− y F xF

+ Từ x F = 22,12% và tF = 100.52 oC ,tra tài liệu tham khảo [4(tập 1) –
trang 107] : mF =43.10-6.9,81 = 0,422.10-3 (N.s/m2)
= 0,422 (cP)
Suy ra : aF . mF = 7,129.0,422 =3,007
Tra tài liệu tham khảo [4(tập 2) – trang 171] : hF = 0,395
* Tại vị trí mâm đáy :
xW = 0.7 ta tra đồ thị cân bằng của hệ : y*W = 0.795
tW = 102.1 oC
y *W 1 − x W
0.795 1 − 0.7
=
.
= 1.662
*
1 − 0.795 0.7
1− y W xW
46.xW
= 0,29% và tW = 100 oC ,tra tài liệu tham
+ Từ xW =
46.xW + (1 − xW ).18

+ αW =

khảo [4(tập 1) – trang 107] :
mW =25.10-6.9,81= 0,245.10-3 (N.s/m2)
= 0,245 (cP)
Suy ra : aW . mW = 16,177.0,245 = 3,967
Tra tài liệu tham khảo [4(tập 2) – trang 171] : hW = 0,365
*Tại vị trí mâm đỉnh :

xD = 0.995 ta tra đồ thị cân bằng của hệ : y*D = 0.997
tD = 100.22 oC
y* D 1 − x D
0.997 1 − 0.995
=
.
= 1.67
*
1 − 0.997 0.995
1− y D xD
46.x D
= 93,5% và tD = 78,5 oC ,tra tài liệu tham
+ Từ x D =
46.x D + (1 − x D ).18

+ αD =

khảo [4(tập 1) – trang 107] :
mD =51.10-6.9,81= 0,500.10-3 (N.s/m2)
= 0,500 (cP)
Suy ra : aD . mD = 1,049.0,500 = 0,525
Tra tài liệu tham khảo [4(tập 2) – trang 171] : hD = 0,600
Suy ra: hiệu suất trung bình của tháp :
η + ηW + η D 0,395 + 0,365 + 0,600
=
= 0,4567
htb = F
3

3

• Số mâm thực tế của tháp Ntt :

19


90ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị
91
559
560
561
562
563
564
565
566
567
568
569
570
571
572
573

92

N tt =

GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ

28
=52,55 mâm
0,4567

Vậy chọn Ntt = 53 mâm , gồm : 42 mâm cất
1 mâm nhập liệu
10 mâm chưng

20


95ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị
96
574
575
576
577
578
579
580
581
582
583
584
585
586
587
588
589
590

591
592
593
594
595
596
597
598
599
600
601
602
603
604
605
606
607
608
609
610

97

GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ

CHƯƠNG III :TÍNH TOÁN –THIẾT KẾ THÁP
CHƯNG CẤT .
I . ĐƯỜNG KÍNH THÁP :(Dt)
Dt =

4Vtb
g tb
= 0,0188
π.3600.ω tb
( ρ y .ω y ) tb

(m)(t2 tr181)

Vtb :lượng hơi trung bình đi trong tháp (m3/h).
ωtb :tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (m/s).
gtb : lượng hơi trung bình đi trong tháp (Kg/h).
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng và đoạn cất khác nhau.Do đó,
đường kính đoạn chưng và đoạn cất cũng khác nhau .

1. Đường kính đoạn cất :
a . Lượng hơi trung bình đi trong tháp :
g tb =

g d + g1
(Kg/h)
2

gd : lượng hơi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (Kg/h).
g1 : lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn cất (Kg/h).
• Xác định gd : gd = D.(R+1) =175.47(2,9+1) = 684.333 (Kmol/h)
= 40973.75(Kg/h)
(Vì MthD =60.yD+(1-yD).18 = 59.874Kg/Kmol).
• Xác định g1 : Từ hệ phương trình :
 g1 = G1 + D


 g1 . y1 = G1 .x1 + D.x D
 g .r = g .r
d d
 1 1

(III.1)

Với : G1 : lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn cất .
r1 : ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn cất
rd : ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi ra ở đỉnh tháp .
* Tính r1 : t1 = tF = 100.52oC , tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)] ta có :
An nhiệt hoá hơi của nước : rN1 = 40512.96 (KJ/kmol) .
An nhiệt hoá hơi của acid : rR1 = 24195.24 (KJ/kmol) .
Suy ra : r1 = rR1.y1 + (1-y1).rN1 = 40512.96 – 16317.72y1 (KJ/kmol)
* Tính rd : tD = 100.22oC , tra tài liệu tham khảo IV (tập 1) ta có :
An nhiệt hoá hơi của nước : rNd = 40512.96 (KJ/kmol) .
An nhiệt hoá hơi của acid : rRd = 24195.24(KJ/kmol) .
Suy ra : rd = rRd.yD + (1-yD).rNd =24195.24*0.997 + (1- 0.997)*40512.96
= 24244.193 (KJ/kmol)
* x1 = xF = 0.92
Giải hệ (III.1) , ta được : G1 = 483.96 (Kmol/h)
y1 = 0.647 (phân mol acid) _ M1 =45.174
g1 = 958.43 (Kmol/h) = 43297.02(Kg/h)
Vậy : gtb =

40973.75 + 43297.02
=42135.38(Kg/h)
2

b . Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :

21


100ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị
101
611
612
613
614
615
616
617
618
619
620
621
622

GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ

Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp với mâm xuyên lỗ có ống chảy chuyền :
ρ
ω gh = 0,05. xtb
ρ ytb
Với : rxtb : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng (Kg/m3) .
rytb : khối lượng riêng trung bình của pha hơi (Kg/m3) .
• Xác định rytb :
ρ ytb =

[ ytb .60 + (1 − ytb ).18].273
22,4.( t tb + 273)

y1 + y D 0.647 + 0.997
=
=0.822
2
2
100.52 + 100.22
t +t
+ Nhiệt độ trung bình đoạn cất : ttb = F D =
=100.37oC
2
2

Với: + Nồng độ phân mol trung bình : ytb =

Suy ra : rytb =1.745 (Kg/m3).
• Xác định rxtb :
Nồng độ phân mol trung bình : xtb =
Suy ra : xtb =

0.92 + 0995
xF + xD
=
= 0.4577
2
2

60.xtb

=0.7378 .
60.xtb + (1 − xtb ).18

623
624
625
626

ttb = 100.37oC , tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)-trang 9], ta có :
ra=958kg/m3 rn =958 kg/m3
1/ ρ tb = x /ρ a + (1 − x) / ρ n
rxtb = 958 (Kg/m3)

627

Suy ra : ω gh = 0,05.

628
629
630
631

958
=1.172 (m/s)
1.745

Để tránh tạo bọt ta chọn tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :
ω h = 0,8.ω gh = 0,8.1.172 = 0.9376 (m/s)
Vậy :đường kính đoạn cất :
Dcất = 0,0188.

42135.38
= 3.017 (m).
1.745.0.9376

632 2. Đường kính đoạn chưng :
633
a . Lượng hơi trung bình đi trong tháp :
g , n + g ,1
,
g tb =
634
(Kg/h)
2
635
g’n : lượng hơi ra khỏi đoạn chưng (Kg/h).
636
g’1 : lượng hơi đi vào đoạn chưng (Kg/h).
637
• Xác định g’n : g’n = g1 = 561,873 (Kg/h)
638
• Xác định g’1 : Từ hệ phương trình :
G '1 = g '1 + W
 '
'
639
G 1 .x '1 = g 1 . yW + W .xW (III.2)
 g ' .r ' = g ' .r ' = g .r
n
n

1 1
 1 1
’
640
Với : G 1 : lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn chưng .

102

22


105ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị
106

GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ

641
642
643
644
645
646
647
648
649
650
651
652
653

r’1 : ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn
chưng.
* Tính r’1 : xW =0,0011 tra đồ thị cân bằng của hệ ta có : yW =0,018
Suy ra :Mtbg’ =46.yW +(1-yW).18=18,504 (Kg/kmol)
t’1 = tW = 100oC , tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)], ta có :
An nhiệt hoá hơi của nước : r’N1 = 40680 (KJ/kmol) .
An nhiệt hoá hơi của rượu : r’R1 = 36394,3 (KJ/kmol) .
Suy ra : r’1 = r’R1.yW + (1-yW).r’N1 = 40543,9 (KJ/kmol)
* Tính r1: r1 = 41280 – 3885.y1 =41280–3885.0,297 =40126,155(KJ/kmol)
* W = 42,477 (Kmol/h)
Giải hệ (III.2) , ta được : x’1 =0,0067(phân mol etanol) _ MtbG’ =18,189
G’1 = 63,608 (Kmol/h) =
g’1 = 21,131 (Kmol/h) = 391,008(Kg/h)

654

Vậy : g’tb =

655
656
657
658
659
660
661
662
663
664
665
666

667
668
669
670
671

561,873 + 391,008
= 476,441 (Kg/h)
2

b . Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :
Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp với mâm xuyên lỗ có ống chảy chuyền :
ρ ' xtb
ω ' gh = 0,05.
ρ ' ytb
Với : r'xtb : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng (Kg/m3) .
r'ytb : khối lượng riêng trung bình của pha hơi (Kg/m3) .
• Xác định r’ytb :
ρ ' ytb =

[ y'tb .46 + (1 − y'tb ).18].273
22,4.( t 'tb +273)

Với: + Nồng độ phân mol trung bình :

y1 + yW 0,297 + 0,018
=
=0,1575
2
2

86,5 + 100
t +t
+ Nhiệt độ trung bình đoạn chưng : t’tb = F W =
=93,25oC
2
2

y’tb =

Suy ra : r’ytb =0,746 (Kg/m3).
• Xác định r’xtb :
Nồng độ phân mol trung bình : x’tb =
Suy ra : x'tb =

46.x'tb
=11,98% .
46.x'tb +(1 − x'tb ).18

t’tb = 93,25oC , tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)-trang 9], ta có :
Khối lượng riêng của nước : r’N = 963,117(Kg/m3)
Khối lượng riêng của rượu : r’R = 720,365(Kg/m3)
−1

672
673

107

0,10 + 0,0011
x F + xW

=
= 0,051
2
2

 x'
1 − x'tb 
 =925,744 (Kg/m3)
Suy ra :r’xtb =  tb +

ρ
'
ρ
'
N
 R

925,744
Suy ra : ω ' gh = 0,05.
=1,762 (m/s)
0,746

23


110ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị
111
674
675
676

677
678
679
680
681
682
683
684
685
686
687
688
689
690
691
692
693
694
695
696
697
698
699
700
701
702
703
704
705
706

707
708
709
710

112

GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ

Để tránh tạo bọt ta chọn tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :
ω ' h = 0,8.ω ' gh = 0,8.1,762 = 1,409 (m/s)
Vậy :đường kính đoạn cất :
476,441
= 0,400 (m).
0,746.1,409

Dchưng= 0,0188.

Kết luận : hai đường kính đoạn cất và đoạn chưng không chênh lệch nhau quá
lớn nên ta chọn đường kính của toàn tháp là : Dt = 0,500 (m).
Khi đó tốc độ làm việc thực ở :
+ Phần cất : ωlv =

0,0188 2.g tb
Dt .ρ ytb

+ Phần chưng :ω’lv =

2

=

0,0188 2.747,768
= 0,903 (m/s).
0,5 2.1,171

0,0188 2.g 'tb
Dt .ρ ' ytb
2

0,0188 2.476,441
=
= 0,903 (m/s).
0,5 2.0,746

II . MÂM LỖ – TRỞ LỰC CỦA MÂM :
1 . Cấu tạo mâm lỗ :
Chọn : + Đường kính lỗ : dl = 3 (mm).
+ Tổng diện tích lỗ bằng 9,77% diện tích mâm.
+ Khoảng cách giữa hai tâm lỗ bằng 2,5 lần đường kính lỗ (bố trí lỗ theo
tam giác đều ).
+ Tỷ lệ bề dày mâm và đường kính lỗ là 6/10 .
+ Diện tích dành cho ống chảy chuyền là 20% diện tích mâm .
Số lỗ trên 1 mâm :
9,77%.S mâm
D
N=
= 0,0977. t
S lo
 dl

2

2


 0,5 
 = 0,0977.
 ~2716 lỗ.
 0,003 


Vậy: ta bố trí các lỗ trên 1 mâm thành 51(hàng), số lỗ trên đường chéo là 66 lỗ.

2 . Độ giảm áp của pha khí qua một mâm :
Độ giảm áp tổng cộng của pha khí (tính bằng mm.chất lỏng ) là tổng các độ
giảm áp của pha khí qua mâm khô và các độ giảm áp do pha lỏng :
htl = hk + hl + hR
(mm.chất lỏng)
Với : + hk :độ giảm áp qua mâm khô (mm.chất lỏng).
+ hl : độ giảm áp do chiều cao lớp chất lỏng trên mâm(mm.chất lỏng).
+hR : độ giảm áp do sức căng bề mặt (mm.chất lỏng).
Trong tháp mâm xuyên lỗ ,gradien chiều cao mực chất lỏng trên mâm ∆ là
không đáng kể nên có thể bỏ qua .
a . Độ giảm áp qua mâm khô :
Độ giảm áp của pha khí qua mâm khô được tính dựa trên cơ sở tổn thất áp
suất do dòng chảy đột thu , đột mở và do ma sát khi pha khí chuyển động qua
lỗ.
 vo 2   ρ G 
 uo 2  ρ G







hk =  2 .
 = 51,0. C 2 . ρ (mm.chất lỏng)
2
.
g
.
ρ
C
L 
 o 
 o  L
Với : + uo :vận tốc pha hơi qua lỗ (m/s).
+ rG : khối lượng riêng của pha hơi (Kg/m3).
+ rL : khối lượng riêng của pha lỏng (Kg/m3).

24


115ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị
116
711
712
713
714

715
716
717
718
719
720
721
722
723
724
725
726
727
728
729
730
731
732
733
734
735
736
737
738
739
740
741
742
743
744

745

117

GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ

+ Co :hệ số orifice ,phụ thuộc vào tỷ số tổng diện tích lỗ với diện tích
mâm và tỷ số giữa bề dày mâm với đường kính lỗ.
∑ S lo =0,0977 và δ mâm =0,6 .Tra tài liệu tham khảo [1 –
Ta có :
dl

S mâm

trang 111] : Co = 0,745
• Đối với mâm ở phần cất :

ω lv
0,903
=
=9,243 (m/s).
9,77% 0,0977
+ Khối lượng riêng của pha hơi : rG = ρytb = 1,171 (Kg/m3).
+ Khối lượng riêng của pha lỏng : rL = ρxtb = 821,25 (Kg/m3).
Suy ra độ giảm áp qua mâm khô ở phần cất :
 9,243 2  1,171
.
hk = 51,0.
=10,683 (mm.chất lỏng).
2 

 0,745  821,25

+ Vận tốc pha hơi qua lỗ : uo =

• Đối với mâm ở phần chưng :

ω 'lv
0,903
=
=9,243 (m/s).
9,77% 0,0977
+ Khối lượng riêng của pha hơi : r’G = ρ’ytb = 0,746 (Kg/m3).
+ Khối lượng riêng của pha lỏng : r’L = ρ’xtb = 925,744 (Kg/m3).
Suy ra độ giảm áp qua mâm khô ở phần chưng :
 9,243 2  0,746
.
h' k = 51,0.
= 6,039 (mm.chất lỏng).
2 
 0,745  925,744
b . Độ giảm áp do chiều cao mức chất lỏng trên mâm :
Phương pháp đơn giản để ước tính độ giảm áp của pha hơi qua mâm do lớp chất
lỏng trên mâm hl là từ chiều cao gờ chảy tràn hw , chiều cao tính toán của lớp chất
lỏng trên gờ chảy tràn how và hệ số hiệu chỉnh theo kinh nghiệm β :
hl = β.( hw + how ) , (mm.chất lỏng)
Chọn : + Hệ số hiệu chỉnh : β = 0,6
+ Chiều cao gờ chảy tràn : hw = 50 (mm)
Chiều cao tính toán của lớp chất lỏng trên gờ chảy tràn được tính từ phương
trình Francis với gờ chảy tràn phẳng :

+ Vận tốc pha hơi qua lỗ : u’o =

how

q
= 43,4. L
 Lw





2

3

, (mm.chất lỏng)

Với : + qL : lưu lượng của chất lỏng (m3/ph).
+ Lw :chiều dài hiệu dụng của gờ chảy tràn (m).
• Xác định Lw :
Diện tích dành cho ống chảy chuyền là 20% diện tích mâm , nên ta có
phương trình sau :
π .n o
− sin n o = 0,2.π
o
180

Với : no :góc ở tâm chắn bởi chiều dài đoạn Lw .
Dùng phương pháp lặp ta được : no = 93o12’22”

Suy ra : Lw = Dt . sin(no/2) = 363,305(mm) ~ 364 (mm) = 0,364 (m).

25