Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ không có ống chảy chuyền phân tách hỗn hợp CHCl3 CCl4

I HC CễNG NGHIP H NI
KHOA HểA CễNG NGH
--------

Giỏo viờn hng dn
Sinh viờn thc hin
Ngnh hc
Lp
Ni dung ỏn

: V Minh Khụi
: Nguyn Quang Huy
: Cụng ngh Húa
: H1K10
: Thiết kế tháp chng luyện liên tục
loại tháp đĩa lỗ không có ống chảy
chuyền để phân tách hỗn hợp
CHCl3 CCl4

H NI, NM 2016
Bộ Công thơng
Trờng ĐH Công nghiệp Hà Nội

Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam

c lp T do Hnh phúc

1


Đồ án môn học Quá trình thiết bị

Số : ........................
Họ và tên HS-SV : Nguyn Quang Huy
Lớp : LT CĐ - ĐH Hoá 1
Khoá: 10
Khoa : Công nghệ Hoá
Giáo viên hớng dẫn :
Nội dung
Thiết kế tháp chng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ không có ống chảy chuyền
phân tách hỗn hợp CHCl3 - CCl4
Các số liệu ban đầu:
- Năng suất tính theo hỗn hợp đầu F = 16,42 tấn/giờ.
- Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong:
+ Hỗn hợp đầu: aF = 0,347 phần khối lợng.
+ Sản phẩm đỉnh: aP = 0,951 phần khối lợng.
+ Sản phẩm đáy: aW = 0,049 phần khối lợng.
- Tháp làm việc ở áp suất thờng
- Hỗn hợp đầu đợc gia nhiệt đến nhiệt độ sôi.
TT
Tên bản vẽ
1 Vẽ dây chuyền sản xuất
2 Vẽ hệ thống tháp chng luyện

Khổ giấy
A4
A0

Số lợng
01
01

Phần thuyết minh

Ngày giao đề : .. Ngày hoàn thành :.
Trởng Khoa

Giáo viên hớng dẫn

2


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

LỜI MỞ ĐẦU
Chúng ta đang sống trong thế giới với khoa học kỹ thuật ngày càng phát
triển. Trong ngành công nghệ vật liệu mới không thể không nhắc đến ngành
công nghiệp hóa học, bởi công nghệ hoá thuộc lĩnh vực công nghệ đòi hỏi kỹ
thuật cao, mức độ phát triển công nghệ này được coi như một chỉ thị về trình độ
phát triển của một đất nước.
Nhận thấy rõ sự phát triển như vũ bão của ngành công nghệ hóa học, với
lối tư duy nhạy bén và sáng tạo, khoa Công nghệ Hóa Trường Đại Học Công
Nghiệp Hà Nội đã đào tạo ra những sinh viên chuyên ngành Hóa. Điều đó không
chỉ cung cấp cho đất nước đội ngũ những công nhân lành nghề, thợ kỹ thuật có
tay nghề cao mà nó còn mở cơ hội việc làm cho giới trẻ trong lĩnh vực khá mới
mẻ này.
Là một sinh viên khoa Công Nghệ Hóa, chúng em được trang bị rất nhiều
kiến thức cơ bản về các quá trình thiết bị của công nghệ sản xuất những sản
phẩm hóa học. Nhận được bản đồ án này là một cơ hội tốt để chúng em được
tìm hiểu về các quá trình công nghệ, được vận dụng những kiến thức đã được

học và mở rộng vốn kiến thức của mình, từ đó giúp chúng em có cái nhìn cụ thể
hơn về nghành nghề mình đã lựa chọn.
Công nghệ hóa học là một ngành giữ vị trí, vai trò quan trọng trong việc
sản xuất phục vụ cho nhiều lĩnh vực, cho mọi nghành kinh tế quốc dân, tạo tiền
đề cho nhiều ngành phát triển theo. Với nhiều phương pháp sản xuất khác nhau
như lắng, lọc, đun nóng, làm nguội, chưng luyện, hấp thụ, hấp phụ, trích ly, sấy
khô, đông lạnh…đã tạo ra rất nhiều sản phẩm đa dạng, phong phú đáp ứng nhu
cầu ngày càng lớn của con người. Đặc biệt được ứng dụng nhiều nhất là chưng
luyện, nó được ứng dụng trong nhiều ngành, lĩnh vực, đặc biệt là công nghệ lên
men, công nghệ tổng hợp hữu cơ, lọc - hóa dầu, công nghệ sinh học...
Chưng là phương pháp dùng để tách hỗn hợp khí lỏng thành các cấu tử
riêng biệt dựa vào nhiệt độ sôi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp. Khi
chưng thu được nhiều sản phẩm và thường có bao nhiêu cấu tử thì có bấy nhiêu
sản phẩm. Riêng đối với phương pháp chưng luyện hai cấu tử thì sản phẩm đỉnh
gồm chủ yếu là cấu tử dễ bay hơi còn sản phẩm đáy là cấu tử khó bay hơi.
Trong sản xuất ta thường gặp các phương pháp chưng khác nhau như:
chưng đơn giản, chưng bằng hơi nước trực tiếp, chưng chân không và đặc biệt
hơn là chưng luyện.
Chưng luyện là phương pháp thông dụng dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp
các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan một phần hoặc hòa tan hoàn toàn vào
nhau. Chưng luyện ở áp suất thấp dùng cho các hỗn hợp dễ bị phân hủy nhiệt ở
nhiệt độ cao, các cấu tử dễ bay hơi và ngược lại.
Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Quang Huy - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

3


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

ỨNG DỤNG


Tách dầu mỏ tài nguyên khai thác dưới dạng lỏng



Tách các hỗn hợp khí đã hóa lỏng

Tách hỗn hợp chất hữu cơ trong tổng hợp hữu cơ. Trong công nghệ sinh học,
thực phẩm, các quá trình lên men sản xuất các sản phẩm như: rượu, bia, nước
ngọt…

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Quang Huy - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

4


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

MỤC LỤC
Phần mở đầu
A.Vẽ và thuyết minh dây chuyền
B.Tính toán thiết bị chính
I.Tính cân bằng vật liệu

II. Tính chỉ số hồi lưu thích hợp
III.Đường kính tháp
1. Lưu lượng khối lượng trung bình của các dòng pha đi trong tháp
2. Khối lượng riêng trung bình
3. Độ nhớt trung bình
4. Đường kính tháp
IV. Chiều cao tháp
1. Xác định số đơn vị chuyển khối
2. Chiều cao của một đơn vị chuyển khối
V. Trở lực của tháp
VI. Cân bằng nhiệt
Phần III. Tính và chọn thiết bị phụ
I.Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu
1. Tháp chưng luyện
2. Thiết bị ngưng tụ
3.Thiết bị làm lạnh
II. Tính bơm
1. Các trở lực của quá trình cấp liệu
2. Chiều cao của thùng cao vị
3. Tính bơm
Phần IV. Tính toán cơ khí
1. Tính đường kính các ống dẫn
2. Thân tháp
3. Nắp và đáy nắp
4. Chọn mặt bích
5. Tính chân đỡ
Tài liệu tham khảo
Kết luận

Đồ án môn QT&TB

Sinh Viên : Nguyễn Quang Huy - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

5


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 một phương pháp chưng cất nhằm để phân tách một hỗn hợp
khí đã hóa lỏng dựa trên độ bay hơi tương đối khác nhau giữa các cấu tử thành
phần ở cùng một áp suất.
Phương pháp chưng luyện này là một quá trình trưng luyện trong đó hỗn hợp
được bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần, kết quả cuối cùng ở đỉnh tháp thu được một
hỗn hợp gồm hầu hết các cấu tử dễ bay hơi và nồng độ đạt yêu cầu, phương
pháp chưng luyện cho hiệu suất phân tách cao, vì vậy nó được sử dụng nhiều
trong thực tế.
Dựa trên các phương pháp chưng luyện liên tục, người ta đưa ra nhiều thiết bị
phân tách đa dạng như tháp chóp, tháp đĩa lỗ, tháp đĩa lỗ không có ống chảy
truyền, tháp đệm… Trong đồ án này em được giao thiết kế tháp chưng luyện
liên tục dạng đĩa lỗ không có ống chảy truyền nhằm phân tách 2 cấu tử
Clorofom – Cacbontetraclorua, chế độ làm việc ở áp suất thường với hỗn hợp
đầu vào ở nhiệt độ sôi.
1.1.2 Phương pháp chưng luyện
+) Áp suất làm việc:
Chưng cất áp suất thấp .
Chưng cất áp suất thường .

Chưng cất áp suất cao .
Nguyên tắc của phương pháp này là dựa trên nhiệt độ sôi của các cấu tử nếu
nhiệt độ sôi của các cấu tử quá cao thì giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ
sôi của các cấu tử.
+) Nguyên lý làm việc : liên tục hay gián đoạn
* Chưng gián đoạn : phương pháp này sử dụng trong các trường hợp :
+ 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 liên tục: là quá trình được thực hiện liên tục nghịch dòng và nhiều đoạn
1.1.3 Thiết bị chưng luyện
Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp khác nhau nhưng chúng
đều có một yêu cầu cơ bản là diện tích tiếp xúc bề mắt pha lớn ,điều này phụ
thuộc độ phân tán lưu chất vào .
Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Quang Huy - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

6


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Tháp chưng cất rất phong phú về kích cỡ và ứng dụng .các tháp lớn thường
được sủ dụng trong công nghệ lọc hóa dầu . đường kính tháp phụ thuộc luơng
pha lỏng và luợng pha khí ,độ tinh khiết của sản phẩm . theo khảo sát thường có
2 loại tháp chưng: tháp đĩa và tháp đệm .
Tháp đĩa: thân tháp hình trụ thẳng đứng bên trong có gắn các đĩa . phân chia

thân tháp thành những đoạn bằng nhau. Trên đĩa pha lỏng và pha khí tiếp xúc
với nhau. Tùy thuộc vào loại đĩa ta có
+ Tháp đĩa chóp :
+ Tháp đĩa lỗ: trên đĩa có các lỗ có đường kính (2-12 mm) có 2 loại tháp đĩa lỗ
- Tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền
- Tháp đĩa lỗ không có ống chảy chuyền
+ Tháp đệm: tháp hình trụ gồm nhiều đoạn nối với nhau bằng mặt bích hay hàn
* Tháp đĩa lỗ không có ống chảy chuyền hoạt động với hiệu suất cao ổn định.
Khắc phục được nhược điểm của các loại tháp khác; làm việc được với chất
lỏng bẩn …
Vậy : Chọn tháp đĩa lỗ không có ống chảy chuyền để chưng hệ Clorofom –
Cacbontetraclorua.
1.1.4 Giới thiệu về nguyên liệu chưng luyện
 Clorofom & Cacbontetraclorua:
Clorofom, hay còn gọi là tricloromêtan và mêtyl triclorua, và một hợp
chất hoá học thuộc nhóm trihalomêtan có công thức CHCl3. Nó không cháy
trong không khí, trừ khi tạo thành hỗn hợp với các chất dễ bắt cháy hơn. Người
ta sử dụng clorofom làm chất phản ứng và dung môi. Clorofom còn là một chất
độc với môi trường.
Lịch sử hình thành:
Tháng 7 năm 1831, nhà vật lý người Mỹ Samuel Guthrie và vài tháng sau
đến lượt các nhà hoá học người Pháp Eugène Soubeiran và người Đức Justus
von Liebig đã độc lập tìm ra clorofom. Cả 3 đều tìm thấy clorofom qua phản
ứng halofom. Soubeiran cho bột tẩy clo (canxi hypoclorit) tác dụng với aceton
(2-propanon) cũng như với êtanol để điều chế clorofom. Năm 1834, JeanBaptiste Dumas đã đặt tên và khảo sát hóa học clorofom.[4]
Năm 1847, bác sỹ sản khoa James Young Simpson ở Edinburgh lần đầu sử
dụng clorofom là chất gây mê chính cho quá trình đỡ đẻ. Sau đó người ta sử
dụng clorofom cho phẫu thuật trên toàn châu Âu. Đầu thế kỷ 20, tại Hoa Kỳ,
clorofom thay thế ete làm chất gây mê. Tuy nhiên, người ta nhanh chóng cấm sử
dụng vì tính độc của nó, đặt biệt là khả năng gây ra chứng loạn nhịp tim chết

người.

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Quang Huy - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

7


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Điều chế:
Trong công nghiệp, người ta điều chế clorofom bằng đốt nóng hỗn hợp
clo và clomêtan hay mêtan. Ở nhiệt độ 400-500 °C, phản ứng halogen hóa gốc
tự do diễn ra, chuyển mêtan hay clomêtan dần dần thành các hợp chất clo hóa.
CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl
CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl
CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl
Tiếp tục phản ứng clo hóa, clorofom chuyển thành CCl4:
CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl
Hỗn hợp sản phẩm sau phản ứng gồm 4 chất: clomêtan, diclomêtan,
clorofom (triclomêtan), và cácbon tetraclorua, chúng tách ra qua quá trình chưng
cất.
Ứng dụng
Ngày nay clorofom sử dụng chủ yếu để tổng hợp chất làm lạnh R-22 cho
máy điều hòa không khí. Tuy nhiên, vì R-22 gây ra sự suy giảm ozon nên
clorofom gần như ít sử dụng cho mục đích này.
+ Gây mê: Từ giữa thế kỷ 18, clorofom chủ yếu sử dụng làm chất gây mê. Hơi
clorofom ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương của người bệnh, gây

ra chóng mặt, mỏi mệt và ngất, cho phép bác sỹ phẫu thuật.
+ Làm dung môi: Clorofom là một dung môi phổ biến vì nó khá trơ, trộn hợp
với hầu hết các chất lỏng hữu cơ, và dễ bay hơi. Trong công nghiệp
dược phẩm, người ta sử dụng clorofom làm dung môi để sản xuất thuốc
nhuộm và thuốc trừ sâu. Clorofom chứa dơtơri (hydro nặng), CDCl3, là
dung môi phổ biến cho phương pháp đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân.
Cacbontetraclorua có cấu trúc phân tử là CCl4 phân tử gam là 183,84g/mol.
Bề ngoài Chất lỏng không màu , khối lượng riêng là 1,5842 g/cm, dễ bay
hơi ,tnc=-229,2 oC; ts = 76,72 oC.Là một chất không phân cực.
Trong vai trò của một dung môi, nó hòa tan khá tốt các hợp chất không phân cực
khác, chất béo và dầu mỡ. Sử dụng chủ yếu hợp chất này làm chất phản ứng
trong tổng hợp hữu cơ. Đây là một chất lỏng không màu có mùi "thơm". Nhưng
nó hơi dễ bay hơi, tạo ra hơi với mùi đặc trưng như của các dung môi clo hóa
khác, hơi tương tự như mùi của tetraclorthylen dùng trong các cửa hàng giặt là
khô. Nó được dùng làm dung môi trong nghiên cứu hóa tổng hợp Đôi khi nó là
hữu ích để làm dung môi cho phổ hồng ngoại học do không có các dải hấp thụ
đáng kể > 1.600 cm-1. Do cacbon tetraclorua không chứa bất kỳ nguyên tử hiđrô
nào, nên trong quá khứ nó được dùng trong phổ NMR proton. Tuy nhiên,
cacbon tetraclorua là độc hại và khả năng hòa tan của nó là thấp. Nó đã bị thay
Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Quang Huy - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

8


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

thế phần lớn bởi các dung môi đơteri hóa, thường là có các thuộc tính hòa tan tốt

hơn và cho phép phổ kế giam giữ đơteri.Phơi nhiễm trước hàm lượng cao của
cacbon tetraclorua (bao gồm cả thể hơi) có thể ảnh hưởng tới hệ thần kinh trung
ương và làm suy thoái gan và thận cũng như có thể gây ra (sau phơi nhiễm kéo
dài) hôn mê và thậm chí gây tử vong. Phơi nhiễm kinh niên trước cacbon
tetraclorua có thể gây ra ngộ độc gan và tổn thương thận hay gây ra ung thư.
Đầu thế kỷ 20, cacbon tetraclorua được sử dụng rộng rãi làm dung môi tẩy rửa
khô, cũng như làm chất làm đông lạnh hay trong các bình chữa cháy. Tuy nhiên,
khi người nhận thấy dường như phơi nhiễm cacbon tetraclorua có ảnh hưởng
nghiêm trọng tới sức khỏe thì các chất thay thế an toàn hơn như
tetracloroethylen được dùng cho các ứng dụng đó và việc sử dụng nó trong các
ứng dụng này bị suy giảm từ khoảng năm 1940 trở đi. Cacbon tetraclorua còn
được dùng làm thuốc trừ dịch hại để giết sâu bọ trong ngũ cốc đang lưu trữ,
nhưng trong năm 1970, nó đã bị cấm dùng trong các sản phẩm tiêu dùng tại Hoa
Kỳ.Trước khi có nghị định thư Montreal một lượng lớn cacbon tetraclorua đã
được sử dụng để sản xuất các chất làm lạnh freon R-11 (tricloroflorometan) và
R-12 (diclorodiflorometan). Tuy nhiên, các chất làm lạnh này hiện nay bị coi là
đóng vai trò trong sự suy giảm ôzôn và bị loại bỏ. Cacbon tetraclorua hiện vẫn
còn được dùng để sản xuất các chất làm lạnh ít phá hủy hơn.Cacbon tetraclorua
cũng được sử dụng để phát hiện nơtrino. Cacbon tetraclorua là một trong những
chất độc mạnh nhất đối với gan và được sử dụng trong nghiên cứu khoa học để
đánh giá các chất bảo vệ gan.
Cacbon tetraclorua trên thực tế không cháy ở các nhiệt độ thấp. Ở nhiệt độ
cao trong không khí, nó tạo ra photgen (CCl 2O) độc hại. Do không có liên kết CH, cacbon tetraclorua không dễ dàng tham gia các phản ứng gốc tự do. Vì thế nó
là dung môi hữu ích trong các phản ứng halogen hóa bằng các halogen nguyên
tố hay bằng các chất phản ứng như N-bromosuccinimid. Trong hóa hữu cơ,
cacbon tetraclorua đóng vai trò của nguồn cấp clo trong phản ứng Appe.
 Hỗn hợp Clorofom – Cacbontetraclorua:
Ta có bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp hai cấu
tử Clorofom – Cacbontetraclorua ở 760mmHg (phần trăm mol) thể hiện ở bảng
IX.2a (II-147)

c
y
t (oC)

0

5

10

20

0
76,8

-

13,5
74,7

26,5
72,6

30

40

50

60

70

80

90

100

39,5 52 63,5 72,5 81 88,5 95 100
70,6 68,6 66,9 65,3 63,9 62,6 61,5 60,8

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
Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Quang Huy - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

9


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

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
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 Clorofom là y 1.
Sục trực tiếp vào lớp chất lỏng trên đĩa 1 có thành phần cấu tử dễ bay hơi
Clorofom 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
(Cacbontetraclorua). 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
(Clorofom ) . 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 (Cacbontetraclorua), và một phần ít cấu tử dễ
bay hơi (Clorofom ). 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 : Nguyễn Quang Huy - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

10


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

1.2.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ
N íc

6
3
N íc l¹nh

5

7

H¬i ®èt

N íc
N íc l¹nh

4
9

11

N íc ng ng

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

N íc ng ng

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 : Nguyễn Quang Huy - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

11


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
Các ký hiệu thường dùng:
- F: Lượng hỗn hợp đầu, Kmol/h
- P: Luợng sản phẩm đỉnh, Kmol/h
- W: Lượng sản phẩm đáy, Kmol/h
- GF: Luợng hỗn hợp đầu, Kg/h
- GP: Lượng sản phẩm đỉnh, Kg/h
- Gw: Lượng sản phẩm đáy, Kg/h
- aF: Nồng độ phần khối lượng của Clorofom trong hỗn hợp đầu
- aP: Nồng độ phần khối lượng của Clorofom trong sản phẩm đỉnh

- aw: Nồng độ phần khối lượng của Clorofom trong sản phẩm đáy
- xF: Nồng độ phần mol của Clorofom trong hỗn hợp đầu
- xP: Nồng độ phần mol của Clorofom trong sản phẩm đỉnh
- xw: Nồng độ phần mol của Clorofom trong sản phẩm đáy
- µ: Độ nhớt, Ns/m2
- ρ: Khối lượng riêng
- Ngoài ra còn có các kí hiệu khác được định nghĩa tại chỗ.
Loại tháp: tháp đĩa lỗ không có ống chảy chuyền.
Khi chưng luyện hỗn hợp Clorofom – Cacbontetraclorua thì cấu tử dễ
bay hơi là Clorofom .
Clorofom : CHCl3 ⇒M A =119,5 g / mol

Hỗn hợp: CCl ⇒M =154 g / mol
4
B

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:
Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Quang Huy - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

12


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Theo đầu bài ta có:
Năng suất tính theo hỗn hợp đầu:

GF = 16,42 tấn/ giờ = 16420 kg/ giờ

Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong:
- Hỗn hợp đầu:

aF = 0,347 phần khối lượng

- Sản phẩm đỉnh:

aP = 0,951 phần khối lượng

- Sản phẩm đáy:

aw = 0,049 phần khối lượng

Công thức liên hệ nồng độ phần mol và nồng độ phần khối lượng:

aA
MA

xA =

aA
MA
=
aA
a
a A 1 − aA
+ B
+
M A MB MA
MB

0,347
119,5
xF =
= 0,406 (phần mol)
0,347 1 − 0,347
+
119,5
154
0,951
119,5
xp =
= 0,962 (phần mol)
0,951 1 − 0,951
+
119,5
154

0,049
119,5
xw =
= 0,062 (phần mol)
0,049 1 − 0,049
+
119,5
154
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 Clorofom :

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.MA + (1-x).MB
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.MA + (1 – xF).MB = 0,406.119,5 + (1 – 0,406).154 = 139,99 (kg/kmol)
Lượng sản phẩm hỗn hợp đầu là:
F=

G F 16420
=
= 117,29(kmol / h)
M F 139,99

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Quang Huy - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

13


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

→ Khối lượng mol trung bình của sản phẩm đỉnh :
MP = xP.MA + (1 – xP).MB = 0,962.119,5+ (1 - 0,962).154 = 120,81 (kg/kmol)
Lượng sản phẩm đỉnh là:
P=

F ( x F − x w ) 117,29.(0,406 − 0,062)
=
= 44,83(kmol / h)
xP − xw
0,962 − 0,062

Gp = P.Mp = 44,83.120,81 = 5415,96 kg/h
→ Khối lượng trung bình của sản phẩm đáy :
MW = xW.MA + (1 – xW).MB = 0,062.119,5 + (1- 0,062).154 = 151,86 (kg/kmol)
F ( x p − x F ) 117,29.(0,962 − 0,406)
W=
=
= 72,46(kmol / h)
xP − xw
0,962 − 0,062

⇒ Lượng sản phẩm đáy là :
Gw = W.Mw= 72,46.151,86 = 11003,78 (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
Clorofom – Cacbontetraclorua ở 760mmHg (phần trăm mol). (Bảng IX.2a, II147).
x
0
5 10
20
30
40
50
60
70
80
90 100
88,
y
0
- 13,5 26,5 39,5 52 63,5 72,5 81
95 100
5
t (oC) 76,8 - 74,7 72,6 70,6 68,6 66,9 65,3 63,9 62,6 61,5 60,8
Từ các số liệu ở bảng trên ta vẽ được biểu đồ:

Hình 1: Đồ thị cân bằng pha của hệ CHCl3 – CCl4 tại P = 1atm

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Quang Huy - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

14


Trng i Hc cụng nghip H Ni

Khoa cụng ngh hoỏ

Hỡnh 2: th t-x,y h CHCl3 CCl4
T xF = 0,406 (phn mol) trờn biu ta k song song vi y, ct ng cõn
bng ti F, t F k song song vi trc x, ta tỡm c y F* = 0,527 (phn mol) vi
yF* l nng cu t d bay hi trong pha hi cõn bng vi nng cu t trong
pha lng xF ca hn hp (hỡnh v s a lý thuyt ca ton thỏp).
Vỡ nng cu t d bay hi trong pha hi cõn bng vi nng cu t
trong pha lng xF ca hn hp u nờn ta xỏc nh ch s hi lu ti thiu theo
cụng thc:
Rmin =

xP y *F
0,962 0,527
=
= 3,595
*
y F xF
0,527 0,406

(II-158)
Vấn đề chọn chỉ số hồi lu thích hợp Rx rất quan trọng vì chỉ số hồi lu thích

hợp nhỏ thì số bậc của tháp lớn (chiều cao tháp tăng), lợng hơi đốt tiêu tốn ít, ngợc lại khi chỉ số hồi lu lớn thì số bậc của tháp nhỏ (chiều cao của tháp thấp) lợng
hơi đốt tiêu tốn lớn, đờng kính lớn thì sản phẩm đỉnh thu đợc rất ít do đó để thu
đợc Rth ta chọn:
Rx = Rmin .

(II-158)

Trong đó là hệ số hồi lu ( = 1,4 - 2,3)
Ta tính Rx dựa trên phơng pháp: biết giá trị Rmin ta cho các giá trị bất kỳ ta sẽ
tính đợc R tơng ứng (R > Rmin), với mỗi Rx ta xác định đợc số đĩa lý thuyết Nlt tơng ứng.
Hỡnh v s a lý thuyt

ỏn mụn QT&TB
Sinh Viờn : Nguyn Quang Huy - lp LTC- H Hoỏ 1 K10

15


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Hình 3 : Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =1,4 ; B = 0,159 và Nlt = 25

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Quang Huy - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

16

Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Hình 4 : Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =1,5 ; B = 0,15 và Nlt = 23

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Quang Huy - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

17


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

100
40
70
20
50
80
30
60
90

Hình 5 : Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =1,6 ; B = 0,142 và Nlt = 22

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Quang Huy - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

18


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Hình 6 : Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =1,7 ; B = 0,135 và Nlt = 21

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Quang Huy - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

19


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Hình 7: Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =1,8 ; B = 0,129 và Nlt = 20

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Quang Huy - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

20


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Hình 8: Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =1,9 ; B = 0,123 và Nlt = 20

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Quang Huy - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

21


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Hình 9: Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =2,0 ; B = 0,117 và Nlt = 19

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Quang Huy - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

22


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Hình 10: Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =2,1; B = 0,113 và Nlt = 19

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Quang Huy - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

23


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Hình 11: Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =2,2 ; B = 0,108 và Nlt = 18

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Quang Huy - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

24


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Hình 12: Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =2,3 ; B = 0,104 và Nlt = 18

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Quang Huy - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

25