Đồ án môn học Quá trình thiết bị: Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đệm phân tách hỗn hợp Benzen Toluen

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA HÓA CÔNG NGHỆ
--------

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

: Phạm Thị Thanh Yên
: Lê Thị Xuyến
: Công Nghệ Hoá
: Hóa 1-K6
:Thiết kế tháp chưng luyện liên tục
loại tháp đệm phân tách hỗn hợp
Benzen - Toluen

HÀ NỘI, NĂM 2014


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 : Lê Thị Xuyến

Lớp : LT CĐ - ĐH Hoá 1 ....
Khoá: 6...
Khoa : Công Nghệ Hoá
Giáo viên hướng dẫn : Phạm Thị Thanh Yên
Nội dung
Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đệm phân tách hỗn hợp
Benzen- Toluen
Các số liệu ban đầu:
- Năng suất tính theo hỗn hợp đầu GF = 13 tấn/ giờ = 13000 kg/giờ.
- Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong:
+ Hỗn hợp đầu: xF = 35% = 0,35 phần mol
+ Sản phẩm đỉnh: xP = 93% = 0,93 phần mol
+ Sản phẩm đáy: xw = 18% = 0,018 phần mol
- 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 hệ thống 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


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

MỤC LỤC
MỤC LỤC............................................................................................................3
Phần 1: TỔNG QUAN........................................................................................5
1.1 Giới thiệu chung về chưng luyện.................................................................5
1.1.1 Khái niệm..............................................................................................5
1.2 Quy trình công nghệ sản xuất......................................................................7
1.2.1 Thuyết minh dây chuyền công nghệ sản xuất....................................7
1.2.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ...............................................................9
Phần 2: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH.......................................................10
2.1 Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp............................................10
Từ các số liệu ở bảng trên ta vẽ được biểu đồ:..........................................11
......................................................................................................................11
b. Tính m:....................................................................................................42
2.4.2. Chiều cao của đoạn chưng:....................................................................44
b. Tính m:....................................................................................................46
PHẦN 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ.........................................................57
I: Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu......................................................................57
II: Tính bơm và thùng cao vị...........................................................................64
PHẦN 4: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ......................................................................73
I/. Tính chiều dày của thân tháp:......................................................................73

II/. Tính đường kính các ống dẫn ..............................................................75
III/. Tính đáy và nắp thiết bị:...........................................................................78
IV/. Chọn mặt bích.........................................................................................80
V/. Tính và chọn chân giá đỡ, tai treo:............................................................81
PHẦN 5: KẾT LUẬN CHUNG........................................................................86
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................87

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Lê Thị Xuyến - Lớp LTCĐ- ĐH Hoá1 -K 6

3


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

LỜI MỞ ĐẦU
Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển và có nhiều đóng góp to lớn cho
nền công nghiệp nước ta nói riêng và thế giới nói chung. Và một trong những
ngành đó là ngành công nghiệp hoá học, đặc biệt là ngành sản xuất các hoá chất
cơ bản.
Hiện nay, các ngành công nghiệp cần sử dụng rất nhiều hoá chất có độ
tinh khiết cao. Nhu cầu này đặt ra cho các nhà sản xuất hoá chất cần sử dụng
nhiều phương pháp để nâng cao độ tinh khiết của sản phẩm như: trích ly, chưng
luyện, cô đặc, hấp thu … Tuy nhiên, tuỳ theo đặc tính yêu cầu của từng loại sản
phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp cho phù hợp. Đối với hệ Benzen –
Toluen là hệ 2 cấu tử có khả năng hòa tan lẫn vào nhau, ta chọn phương pháp
chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho Benzen.
Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị là một môn học mang tính tổng hợp

trong quá trình học tập của các kỹ sư Công nghệ Hoá học tương lai. Môn học
này giúp sinh viên có thể tính toán cụ thể: quy trình công nghệ, kết cấu, giá
thành của một thiết bị trong sản xuất hoá chất - thực phẩm.
Đây là lần đầu tiên sinh viên được vận dụng các kiến thức đã học để giải
quyết các vấn đề kỹ thuật thực tế một cách tổng hợp.
Nhiệm vụ của đồ án là Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đệm để
phân tách hỗn hợp Benzen – Toluen.
Các số liệu ban đầu:
Năng suất tính theo hỗn hợp đầu: GF = 13 tấn/ giờ = 13000 kg/ giờ
Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong:
- Hỗn hợp đầu:
xF = 0,35 phần mol
- Sản phẩm đỉnh:
xP = 0,93 phần mol
- Sản phẩm đáy:
xw = 0,018 phần mol
Tháp làm việc ở áp suất thường
Hỗn hợp đầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Lê Thị Xuyến - Lớp LTCĐ- ĐH Hoá1 -K 6

4


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Phần 1: TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung về chưng luyện
1.1.1 Khái niệm
- Chưng luyện là quá trình dùng để tách các cấu tử của 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 (nghĩa là khi ở cùng nhiệt độ, áp
suất hơi bão hoà 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
luyện pha mới được tạo nên bằng sự bốc hơi hoặc ngưng tụ.
- Trong quá trình chưng luyện dung môi và chất tan đều bay hơi (nghĩa là
các cấu tử đều hiện diện trong cả hai pha nhưng với tỷ lệ khác nhau).
- Khi chưng luyện ta thu được nhiều cấu tử và thường thì đưa vào chưng
luyện bao nhiêu cấu tử sẽ thu được bấy nhiêu sản phẩm. Nếu xét hệ đơn
giản chỉ có hai cấu tử thì ta sẽ thu được hai 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 Benzen – Toluen:
Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm Benzen và một ít Toluen.
Sản phẩm đáy chủ yếu là Toluen và một ít Benzen
1.1.2 Phương pháp chưng luyện
Các phương pháp chưng cất được phân loại theo :
- Áp suất làm việc : Áp suất thấp
Áp suất thường
Áp suất cao
- Nguyên tắc làm việc: 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 lí làm việc :
Chưng một bậc
Chưng lôi cuốn theo hơi nước

Chưng luyện
- Cấp nhiệt ở đáy tháp : Cấp nhiệt trực tiếp
Cấp nhiệt gián tiếp
Với hệ hai cấu tử Benzen – Toluen ta dùng phương pháp chưng luyện
liên tục ở áp suất thường.
1.1.3 Thiết bị chưng luyện
Trong sản xuất, người ta thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để tiến
hành chưng luyện. Tuy nhiên, yêu cầu cơ bản chung của các thiết bị vẫn giống
nhau nghĩa là diện tích 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

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Lê Thị Xuyến - Lớp LTCĐ- ĐH Hoá1 -K 6

5


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

lỏng ta có các loại tháp đĩa, nếu pha lỏng phân tán vào pha khí ta có tháp đệm. Ở
đây ta khảo sát 2 loại thường dùng là tháp đĩa và tháp đệm.
 Tháp đĩa : thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các đĩa có cấu
tạo khác nhau, trên đó pha lỏng và pha hơi được cho tiếp xúc với nhau.
Tuỳ theo cấu tạo của đĩa, ta có :
- Tháp đĩa chóp : trên đĩa bố trí có chóp dạng tròn.
- Tháp đĩa lỗ : trên đĩa có nhiều lỗ hay rãnh.
 Tháp đệm : tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với nhau bằng mặt bích hay
hàn. Vật đệm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp sau :

xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự.
1.1.4 Giới thiệu về nguyên liệu chưng luyện
 Benzen & Toluen:
Benzen: là một hợp chất mạch vòng, ở dạng lỏng không màu và có mùi
thơm nhẹ. Công thức phận tử là C6H6. Benzen không phân cực,vì vậy tan tốt
trong các dung môi hữu cơ không phân cực và tan rất ít trong nước. Trước đây
người ta thường sử dụng Benzen làm dung môi. Tuy nhiên sau đó người ta phát
hiện ra rằng nồng độ Benzen trong không khí chỉ cần thấp khoảng 1ppm cũng có
khả năng gây ra bệnh bạch cầu, nên ngày nay Benzen được hạn chế sử dụng.
Các tính chất vật lí của Benzen:
Khối lượng phân tử: 78,11
Tỉ trọng(200C): 0,879
Nhiệt độ sôi: 80oC
Nhiệt độ nóng chảy: 5,50C
Toluen: là một hợp chất mạch vòng,ở dạng lỏng và có tính thơm, công thức
phân tử tương tự như Benzen có gắn thêm nhóm –CH 3. Không phân cực,do đó
Toluen tan tốt trong Benzen.Toluen có tính chất dung môi tương tự Benzen
nhưng độc tính thấp hơn nhiều, nên ngày nay thường được sử dụng thay Benzen
làm dung môi trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp.
Các tính chất vật lí của Toluen:
Khối lượng phân tử : 92,13
Tỉ trọng (20oC) : 0,866
Nhiệt độ sôi : 110,6oC
Nhiệt độ nóng chảy : -95 oC
 Các phương thức 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 đehidro hóa ankan: Các ankan có thể tham gia đóng vòng
và đehidro hóa tạo thành hidrocacbon thơm ở nhiệt độ cao và có mặt xúc

tác như Cr2O3, hay các lim loại chuyển tiếp như Pd, Pt
Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Lê Thị Xuyến - Lớp LTCĐ- ĐH Hoá1 -K 6

6


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

→ C6H6
CH3(CH2)4CH3   
 Đehidro hóa các Cycloankan: Các cycloankan có thể bị đehidro hóa ở
nhiệt độ cao với sự có mặt của các xúc tác là các kim loại chuyển tiếp tạo
thành Benzen hay các dẫn xuất của Benzen
Cr2O3 / Al2O3

C6H12 → C6H6
 Đi từ Acetylen : Acetylen với sự có mặt của xúc tác, nhiệt độ là than hoạt
tính hay phức của niken như Ni(CO)[(C6H5)P] sẽ thu được Benzen
,t
3C2H2 xt

→ C6H6
 Từ Benzen ta có thể điều chế được các dẫn xuất của Benzen như Toluen
bằng ankyl hóa Benzen bằng các dẫn xuất ankyl halogen với sự có mặt
của xúc tác AlCl3 khan
AlCl
C6H6 + CH3- Cl 

→ C6H5-CH3
 Hỗn hợp Benzen – Toluen:
Ta có bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp hai cấu
tử Benzen – Toluen ở 760mmHg (phần trăm mol) thể hiện ở bảng IX.2a (II-146)
Pt / Pd

0

3

x
0
y
0
t
110,6
o
( C)

5
11,8

10
21,4

108,3

106,1

20

38

30
40
50
51,1 61,9 71,2

60
79

70
85,4

80
91

90
95,9

100
100

102,2 98,6 95,2 92,1 89,4 86,8 84,4 82,3

80,2

1.2 Quy trình công nghệ sản xuất
1.2.1 Thuyết minh dây chuyền công nghệ sản xuất
Dung dịch đầu ở thùng (1) được bơm (2) bơm liên tục lên thùng cao vị (3),
mức chất lỏng cao nhất ở thùng cao vị được khống chế nhờ ống chảy tràn, từ

thùng cao vị dung dịch được đưa vào thiết bị đun nóng (4) qua lưu lượng kế
(11), ở đây dung dịch được đun nóng đến nhiệt độ sôi bằng hơi nước bão hoà, từ
thiét bi gia nhiệt (4) dung dịch được đưa vào tháp chưng luyện (5) nhờ đĩa tiếp
liệu, trong tháp hơi đi từ dưới lên gặp chất nỏng đi từ trên xuống, nhiệt độ và
nồng độ các cấu tử thay đổi theo chiều cao của tháp. Vì vậy hơi từ đĩa phía dưới
lên đĩa phía trên, các cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽ được ngưng tụ lại và cuối
cùng trên đỉnh ta thu được hỗn hợp gồm hầu hết các cấu tử dễ bay hơi. Hơi đó đi
vào thiết bị ngưng tụ hồi lưu (6), ở đây nó được ngưng tụ lại.
Một phần chất lỏng đi qua thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh đến nhiệt độ
cần thiết rồi đi vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (8), một phần khác hồi lưu về tháp
ở đĩa trên cùng.
Chất lỏng đi từ trên xuống gặp hơi có nhiệt độ cao hơn, một phần cấu tử có
nhiệt độ sôi thấp được bốc hơi và do đó nồng độ cấu tử khó bay hơi trong chất
lỏng ngày càng tăng và cuối cùng ở đáy tháp ta thu dược hỗn hợp lỏng gồm hầu
hết là cấu tử khó bay hơi. Chất lỏng đi ra khỏi tháp được làm lạnh rồi đi vào

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Lê Thị Xuyến - Lớp LTCĐ- ĐH Hoá1 -K 6

7


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

thùng chứa sản phẩm đáy (10). Như vậy với thiết bị làm việc liên tục thì hỗn
hợp đầu được đưa vào liên tục và sản phẩm cũng được tháo ra liên tục.
Khi hơi bay lên ở đĩa số 1 có thành phần cấu tử dễ bay hơi Benzen là y 1. Sục
trực tiếp vào lớp chất lỏng trên đĩa 1 có thành phần cấu tử dễ bay hơi Benzen là

x1 với (x1 < y1). Trong hơi bao giờ cũng giàu cấu tử dễ bay hơi hơn lỏng. Khi sục
vào đĩa 2 do hơi đĩa 1 sục vào lớp chất lỏng đĩa 2 mà nhiệt độ đĩa 2 nhỏ hơn
nhiệt độ đĩa 1 nên hơi đó sẽ bị ngưng tụ một phần cấu tử khó bay hơi (Toluen).
Quá trình ngưng tụ lại là quá trình toả nhiệt và nhiệt này sẽ làm bay hơi một
phần cấu tử khó bay hơi trong đĩa số 2. Do đó x 2 > x1, y2 > y1 dẫn tới hơi đĩa 2
tiếp tục sục vào đĩa 3. Quá trình này xảy ra tương tự nhiều lần cuối cùng trên
đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp gồm hầu hết là cấu tử dễ bay hơi (Benzen) . Hơi
từ đỉnh tháp vào thiết bị ngưng tụ hồi lưu 6. Ở đây một phần hơi được ngưng tụ
lại và quay trở lại tháp, phần hơi còn lại được đưa vào thiết bị ngưng tụ làm lạnh
7 để ngưng tụ hoàn toàn sản phẩm rồi chuyển vào thùng chứa sản phẩm đỉnh 8.
Chất lỏng hồi lưu đi từ trên xuống dưới gặp hơi có nhiệt độ cao đi từ dưới
lên, một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp lại bốc hơi đi lên, một phần cấu tử khó
bay hơi trong pha hơi sẽ ngưng tụ đi xuống.Do đó nồng độ cấu tử khó bay hơi
trong pha lỏng ngày càng tăng, cuối cùng ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng
gồm hầu hết cấu tử khó bay hơi (Toluen), và một phần ít cấu tử dễ bay hơi
(Benzen). Hỗn hợp lỏng này sẽ được chia làm 2 phần. Một phần được đun sôi
bằng nồi đun sôi đáy tháp 1 (dùng hơi nước bão hoà). Nó có tác dụng đun sôi
tuần hoàn và bốc hơi hỗn hợp sản phẩm đáy tạo dòng hơi đi từ dưới lên. Một
phần được vào thùng chứa sản phẩm đáy 10 và có thể được xử lí tiếp.
Đây là loại tháp chưng luyện liên tục nên hỗn hợp đầu và các sản phẩm được
lấy ra là liên tục.

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Lê Thị Xuyến - Lớp LTCĐ- ĐH Hoá1 -K 6

8


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

1.2.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ
N­íc

6
3
N­íc l¹nh

5

7

H¬i ®èt

N­íc
N­íc l¹nh

4
9

11

N­íc ng­ng

H¬i ®èt

11

2

1

Chú thích:
1. Thùng chứa hỗn hợp đầu
2. Bơm
3. Thùng cao vị
4. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu
5. Tháp chưng luyện
6. Thiết bị ngưng tụ hồi lưu

N­íc ng­ng

10

8

7. Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh
8. Thùng chứa sản phẩm đỉnh
9. Thiết bị gia nhiệt đáy tháp
10. Thùng chứa sản phẩm đáy
11. Thiết bị tháo nước ngưng

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Lê Thị Xuyến - Lớp LTCĐ- ĐH Hoá1 -K 6

9


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Phần 2: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
2.1 Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp
Loại tháp: tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền.
Khi chưng luyện hỗn hợp Benzen – Toluen thì cấu tử dễ bay hơi là
Benzen.
Benzen : C6 H 6 ⇒ M B = 78 g / mol

Hỗn hợp: Toluen : C H CH ⇒ M = 92 g / mol
6
5
3
T

Giả thiết:
- Số mol pha hơi đi từ dưới lên là bằng nhau trong tất cả mọi tiết diện của
tháp
- 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.
Phương trình cân bằng vật liệu:
Theo đầu bài ta có:
Năng suất tính theo hỗn hợp đầu: GF = 13 tấn/ giờ = 13000 kg/ giờ
Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong:
- Hỗn hợp đầu:

xF = 0,35 phần mol
- Sản phẩm đỉnh:
xP = 0,93 phần mol
- Sản phẩm đáy:
xw = 0,018 phần mol
Theo phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp
F=P+W
(II-144)
Và phương trình cân bằng vật liệu cho riêng cấu tử dễ bay hơi Benzen:

F .x F = P.xP + W .xW

⇒ Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp đầu là:
Khối lượng trung bình được xác định theo công thức:
M = x.MB + (1-x).MT
Trong đó: M - khối lượng phân tử trung bình (kg/kmol).
x - nồng độ phần mol.
→ Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp đầu :
MF = xF.MB + (1 – xF).MT = 0,35.78 + (1 – 0,35).92 = 87,1 (kg/kmol)
Lượng sản phẩm hỗn hợp đầu là:
F=

G F 13000
=
= 149,25(kmol / h)
MF
87,1

→ Khối lượng mol trung bình của sản phẩm đỉnh :
MP = xP.MB + (1 – xP).MT = 0,93.78+ (1 - 0,93).92 = 78,98 (kg/kmol)

Lượng sản phẩm đỉnh là:
Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Lê Thị Xuyến - Lớp LTCĐ- ĐH Hoá1 -K 6

10


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội
P=

Khoa công nghệ hoá

F ( x F − x w ) 149,3.(0,35 − 0,018)
=
= 54,334(kmol / h)
xP − xw
0,93 − 0,018

Gp = P.Mp = 54,4.78,98 = 4291,26 kg/h
→ Khối lượng trung bình của sản phẩm đáy :
MW = xW.MB + (1 – xW).MT =0,018.78 + (1 - 0,018).92 = 91,75 (kg/kmol)
F ( x p − x F ) 149,3.(0,93 − 0,35)
W=
=
= 94,9(kmol / h)
xP − xw
0,93 − 0,018
⇒ Lượng sản phẩm đáy là :
Gw = W.Mw=94,9.91,75= 8708,733 (kg/h)
2.2 Xác định bậc thay đổi nồng độ

2.2.1 Xác định chỉ số hồi lưu
Tỉ số hoàn lưu tối thiểu là chế độ làm việc mà tại đó ứng với số đĩa lý
thuyết là vô cực. Do đó, chi phí cố định là vô cực nhưng chi phí điều hành
(nhiên liệu, nước, bơm…) là tối thiểu
Từ bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp hai cấu tử
Benzen – Toluen ở 760mmHg (phần trăm mol). (Bảng IX.2a, II-146).
x

0

5

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

y

0

11,8

21,4

38

51,1

61,9

71,2

79

85,4

91

95,9

100

t (oC) 110,6 108,3 106,1 102,2 98,6

95,2

92,1

89,4

86,8

84,4

82,3

80,2

Từ các số liệu ở bảng trên ta vẽ được biểu đồ:

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Lê Thị Xuyến - Lớp LTCĐ- ĐH Hoá1 -K 6

11


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Hình 1: Đồ thị cân bằng pha của hệ Benzen – Toluen tại P = 1atm

t°C

Theo y
Theo x

Hình 2: Đồ thị t-x,y hệ Benzen – Toluen
Từ xF = 0,35 (phần mol) trên biểu đồ ta kẻ song song với y, cắt đường cân
bằng tại F, từ F kẻ song song với trục x, ta tìm được y F* = 0,5672 (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 (hình vẽ số đĩa lý thuyết của toàn tháp).
Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Lê Thị Xuyến - Lớp LTCĐ- ĐH Hoá1 -K 6

12


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

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:
Rmin

x P − y F*
0,93 − 0,5672
= *
=
= 1,6703
0,5672 − 0,35
yF − xF

(II-158)
Vấn đề chọn chỉ số hồi lưu thích hợp Rx 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 . õ
(II-158)
Trong đó õ là hệ số hồi lưu (õ = 1,2 - 2,5)
Ta tính Rx dựa trên phương pháp: biết giá trị Rmin ta cho các giá trị bất kỳ ta sẽ
tính được R tương ứng (R > R min), với mỗi Rx ta xác định được số đĩa lý thuyết
Nlt tương ứng.
Hình vẽ số đĩa lý thuyết

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Lê Thị Xuyến - Lớp LTCĐ- ĐH Hoá1 -K 6

13


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Hình 3 : Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =1,2 ; B = 0,310 và Nlt = 17

Đồ án môn QT&TB
Sinh 0Viên : Lê Thị Xuyến - Lớp LTCĐ- ĐH Hoá1 -K 6

14


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Hình 4 : Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =1,3 ; B = 0,293 và Nlt = 15

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Lê Thị Xuyến - Lớp LTCĐ- ĐH Hoá1 -K 6

15


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Hình 5 : Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =1,4 ; B = 0,279 và Nlt = 14

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Lê Thị Xuyến - Lớp LTCĐ- ĐH Hoá1 -K 6

16


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Hình 6 : Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =1,5 ; B = 0,265 và Nlt = 13

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Lê Thị Xuyến - Lớp LTCĐ- ĐH Hoá1 -K 6

17


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

100
40
70
20
50
80
30
60
90

Hình 7 : Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =1,6 ; B = 0,253 và Nlt = 12

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Lê Thị Xuyến - Lớp LTCĐ- ĐH Hoá1 -K 6

18

Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Hình 8 : Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =1,7 ; B = 0,242 và Nlt = 12

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Lê Thị Xuyến - Lớp LTCĐ- ĐH Hoá1 -K 6

19


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Hình 9: Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =1,8 ; B = 0,232 và Nlt = 12

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Lê Thị Xuyến - Lớp LTCĐ- ĐH Hoá1 -K 6

20


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Hình 10: Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =1,9 ; B = 0,223 và Nlt = 12

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Lê Thị Xuyến - Lớp LTCĐ- ĐH Hoá1 -K 6

21


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Hình 11: Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =2,0 ; B = 0,214 và Nlt = 11

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Lê Thị Xuyến - Lớp LTCĐ- ĐH Hoá1 -K 6

22


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Hình 12: Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =2,1; B = 0,206 và Nlt = 11

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Lê Thị Xuyến - Lớp LTCĐ- ĐH Hoá1 -K 6

23

Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Hình 13: Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =2,2 ; B = 0,199 và Nlt = 11

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Lê Thị Xuyến - Lớp LTCĐ- ĐH Hoá1 -K 6

24


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Hình 14: Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =2,3 ; B = 0,192 và Nlt = 11

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Lê Thị Xuyến - Lớp LTCĐ- ĐH Hoá1 -K 6

25