Giao trinh bai tap do duc giao toan roi rac

Chưng cất Benzen – Axit axetic

GVHD: Thầy Nguyễn Văn Lục

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN
Cán bộ hướng dẫn. Nhận xét: ___________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
Điểm: ___________________ Chữ ký: _______________________________

Cán bộ chấm hay Hội đồng bảo vệ. Nhận xét: ________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
Điểm: __________________ Chữ ký: _______________________________

Điểm tổng kết: ______________________________

Trang 1


Chưng cất Benzen – Axit axetic

GVHD: Thầy Nguyễn Văn Lục

LỜI MỞ ĐẦU
Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển và cùng với nó là nhu cầu
ngày càng cao về độ tinh khiết của các sản phẩm. Vì thế, các phương
pháp nâng cao độ tinh khiết luôn luôn được cải tiến và đổi mới để ngày
càng hoàn thiện hơn, như là: cô đặc, hấp thụ, chưng cất, trích ly,…
Tùy theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương
pháp phù hợp. Đối với hệ Nước – Axit axetic là 2 cấu tử tan lẫn hoàn
toàn, ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết.
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 Công nghệ Hóa học
tương lai. Môn học giúp sinh viên giải quyết nhiệm vụ tính toán cụ thể
về: quy trình công nghê, kết cấu, giá thành của một thiết bị trong sản
xuất hóa 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 Đồ án này là tính toán và thiết kế hệ thống chưng
cất Benzen – Axit axetic có năng suất là 4500 kg/h, nồng độ nhập liệu
là 40 % (kg benzen/kg hỗn hợp), nồng độ sản phẩm đỉnh là 99 % (kg
benzen/kg hỗn hợp), nồng độ sản phẩm đáy là 1 % (kg benzen/kg hỗn
hợp). Sử dụng hơi đốt có áp suất 3at. Nhập liệu ở trạng thái lỏng sôi.
Chưng cất ở áp suất khíquyển.

Trang 2


Chưng cất Benzen – Axit axetic

GVHD: Thầy Nguyễn Văn Lục

MỤC LỤC
GIỚI THIỆU
I.

LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT ..................................................................................... 6

II.

1.

Khái niệm................................................................................................................ 6

2.

Các phương pháp chưng cất ................................................................................ 6

3.

Thiết bị chưng cất .................................................................................................. 7

GIỚI THIỆU SƠ BỘ VỀ NGUYÊN LIỆU ..................................................................... 8
1.

Benzen (C6H6) ......................................................................................................... 8

2.

Axit axetic (CH3COOH)........................................................................................ 9

3.

Hỗn hợp Benzen – Axit axetic ........................................................................... 10

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ............................................................................................... 11
CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG .............................................................. 14
I.

CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU ...............................................................................................14

II.

XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ĐỈNH VÀ SẢN PHẨM ĐÁY .......................15

III. XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG MOL CÁC DÒNG PHA.......................................................15

1.

Tại đỉnh tháp ........................................................................................................ 15

2.

Tại mâm nhập liệu .............................................................................................. 16

3.

Tại đáy tháp.......................................................................................................... 16

IV. XÁC ĐỊNH SỐ CHỈ SỐ HỒI LƯU CỦA THÁP CHƯNG CẤT ......................................16

1.

Xác định chỉ số hồi lưu tối thiểu ....................................................................... 16

2.

Tỉ số hoàn lưu làm việc....................................................................................... 17

V.

TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT ...................................................................................................19

1.

Cân bằng nhiệt cho toàn tháp ............................................................................ 20

2.

Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy ..................................................................... 20

3.

Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh ..................................................................... 20

4.

Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh .................................................................... 20

5.

Thiết bị đun sôi dòng nhập liệu ........................................................................ 21

TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH ............................................................ 22
I.

TÍNH TOÁN SỐ ĐĨA LÝ THUYẾT VÀ SỐ ĐĨA THỰC ..................................................22

1.

Phương trình đường cất và số đĩa lý thuyết ................................................... 22

Trang 3


Chưng cất Benzen – Axit axetic
II.

GVHD: Thầy Nguyễn Văn Lục

TÍNH TOÁN ĐƯỜNG KÍNH VÀ CHIỀU CAO THÁP CHƯNG CẤT .........................23

1.

Tính toán hiệu suất trung bình đĩa vị trí nhập liệu, đỉnh và đáy tháp........ 23

2.

Tính toán đường kính và chiều cao tháp ......................................................... 23

III. TÍNH TOÁN TRỞ LỰC THÁP ............................................................................................30

1.

Cấu tạo đĩa lỗ ....................................................................................................... 30

2.

Trở lực phần cất của tháp ................................................................................... 30

3.

Trở lực phần chưng của tháp ............................................................................ 32

4.

Tổng trở lực của tháp .......................................................................................... 33

TÍNH TOÁN KẾT CẤU THIẾT BỊ CHÍNH ................................................................... 34
I.

TÍNH TOÁN BỀ DÀY THÁP, BÍCH GHÉP, ĐỆM ............................................................34

1.

Bề dày thân tháp .................................................................................................. 34

2.

Đáy và nắp............................................................................................................ 35

3.

Chọn bích ghép và đệm cho thân, đáy và nắp ................................................ 35

4.

Bề dày đĩa và chiều cao gờ tràn......................................................................... 37

II.

TÍNH TOÁN ỐNG DẪN ......................................................................................................37

1.

Ống dẫn dòng nhập liệu .................................................................................... 38

2.

Ống dẫn hơi ở đỉnh tháp .................................................................................... 38

3.

Ống dẫn dòng hoàn lưu ..................................................................................... 39

4.

Ống dẫn hơi ở đáy tháp...................................................................................... 40

5.

Ống dẫn lỏng vào nồi đun ................................................................................. 40

6.

Ống dẫn lỏng ra khỏi nồi đun ........................................................................... 41

III. TÍNH TOÁN CHÂN ĐỠ, TAI TREO THÁP......................................................................41

1.

Tính toán trọng lượng của toàn tháp................................................................ 41

2.

Chọn và tính toán chân đỡ ................................................................................. 42

3.

Chọn và tính toán tai treo................................................................................... 43

4.

Lớp cách nhiệt ...................................................................................................... 44

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ ............................................................................................. 45
I.

THIẾT BỊ ĐUN SÔI ĐÁY THÁP ..........................................................................................45

1.

Hiệu số nhiệt độ trung bình ............................................................................... 45

2.

Hệ số truyền nhiệt ............................................................................................... 46

3.

Tính toán hệ số cấp nhiệt các dòng ................................................................... 46

Trang 4


Chưng cất Benzen – Axit axetic
II.

GVHD: Thầy Nguyễn Văn Lục

THIẾT BỊ NGƯNG TỤ SẢN PHẦM ĐỈNH .......................................................................49

1.

Hiệu số nhiệt độ trung bình............................................................................... 49

3.

Tính toán hệ số cấp nhiệt các dòng ................................................................... 49

III. THIẾT BỊ ĐUN SÔI DÒNG NHẬP LIỆU ...........................................................................52

1.

Suất lượng hơi đốt cần dùng ............................................................................. 52

2.

Hiệu số nhiệt độ trung bình............................................................................... 53

3.

Hệ số truyền nhiệt ............................................................................................... 53

IV. THIẾT BỊ GIẢI NHIỆT SẢN PHẨM ĐÁY .........................................................................56

1.

Hiệu số nhiệt độ trung bình............................................................................... 56

2.

Hiệu số truyền nhiệt ........................................................................................... 56

3.

Tính toán hệ số cấp nhiệt các dòng ................................................................... 57

V.

THIẾT BỊ GIẢI NHIỆT SẢN PHẨM ĐỈNH .......................................................................60

1.

Hiệu số nhiệt độ trung bình............................................................................... 60

2.

Hệ số truyền nhiệt ............................................................................................... 61

3.

Tính toán hệ số cấp nhiệt các dòng ................................................................... 61

VI. BỒN CAO VỊ ..........................................................................................................................65

1.

Tổn thất đường ống dẫn..................................................................................... 65

2.

Xác định tổng hệ số tổn thất cục bộ .................................................................. 66

3.

Tổn thất đường ống dẫn trong thiết bị đun sôi dòng nhập liệu .................. 66

4.

Chiều cao bồn cao vị ........................................................................................... 67

VII.

BƠM ......................................................................................................................................68

1.

Năng suất.............................................................................................................. 68

2.

Cột áp .................................................................................................................... 68

3.

Công suất .............................................................................................................. 70

PHỤ LỤC ................................................................................................................................ 71
KẾT LUẬN ............................................................................................................................. 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................... 75

Trang 5


Chưng cất Benzen – Axit axetic

GVHD: Thầy Nguyễn Văn Lục

Chương 1:

GIỚI THIỆU
I.

LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT
1. Khái niệm

Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của một hỗn hợp lỏng cũng như hỗn
hợp khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử
trong hỗn hợp ( nghĩa là khi ở cùng một nhiệt độ, áp suất hơi bão hòa của các cấu tử khác
nhau).
 Thay vì đưa vào trong hỗn hợp một pha mới để tạo nên sự tiếp xúc giữa hai pha như
trong quá trình hấp thu hoặc nhả khí, trong quá trình chưng cất pha mới được tạo nên bằng sự
bốc hơi hoặc ngưng tụ.
 Trong trường hợp đơn giản nhất, chưng cất và cô đặc không khác gì nhau, tuy nhiên
giữa hai quá trình này có một ranh giới cơ bản là trong quá trình chưng cất 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),
còn trong quá trình cô đặc thì chỉ có dung môi bay hơi còn chất tan không bay hơi.
 Khi chưng cất ta thu được nhiều cấu tử và thường thì bao nhiêu cấu tử sẽ thu được bấy
nhiêu sản phẩm.
Nếu xét hệ đơn giản chỉ có 2 cấu tử thì ta thu được 2 sản phẩm:
 Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi cao và một phần rất ít các cấu tử có
độ bay hơi thấp.
 Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi thấp và một phần rất ít cấu tử có độ
bay hơi cao.
Đối với hệ Benzen – Axit axetic thì:
 Sản phẩm đỉnh chủ yếu là Benzen.
 Sản phẩm đáy chủ yếu là Axit axetic.

2. Các phương pháp chưng cất
2.1. Phân loại theo áp suất làm việc

- Áp suất thấp
- Áp suất thường
- Áp suất cao
2.2. Phân loại theo nguyên lý làm việc
- Chưng cất đơn giản
- Chưng bằng hơi nước trực tiếp
- Chưng cất
2.3. Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp
- Cấp nhiệt trực tiếp
- Cấp nhiệt gián tiếp
Vậy: đối với hệ Benzen– Axit axetic, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp
nhiệt gián tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường.

Trang 6


Chưng cất Benzen – Axit axetic

GVHD: Thầy Nguyễn Văn Lục

3. Thiết bị chưng cất
Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để tiến hành chưng cất. Tuy
nhiên yêu cầu cơ bản chung của các thiết bị vẫn giống nhau nghĩa là diện tích bề mặt tiếp xúc
pha phải lớn, điều này phụ thuộc vào mức độ phân tán của một lưu chất này vào lưu chất kia.
Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có các loại tháp mâm, nếu pha lỏng phân tán vào pha
khí ta có tháp chêm, tháp phun,… Ở đây ta khảo sát 2 loại 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, trên đó 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 chóp dạng tròn, xupap, chữ s…
- Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh
 Tháp chêm (tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với nhau bằng mặt bích hay
hàn. Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp
thứ tự.
So sánh ưu nhược điểm của các loại tháp:

Ưu
điểm

Nhược
điểm

Tháp chêm
- Cấu tạo khá đơn giản.
- Trở lực thấp.
- Làm việc được với chất lỏng bẩn
nếu dùng đệm cầu có    của
chất lỏng.
- Do có hiệu ứng thành  hiệu
suất truyền khối thấp.
- Độ ổn định không cao, khó vận
hành.
- Do có hiệu ứng thành  khi tăng
năng suất thì hiệu ứng thành tăng
 khó tăng năng suất.
- Thiết bị khá nặng nề.

Tháp mâm xuyên lỗ
- Trở lực tương đối thấp.

- Hiệu suất khá cao.

Tháp mâm chóp
- Khá ổn định.
- Hiệu suất cao.

- Không làm việc được - Có trở lực lớn.
với chất lỏng bẩn.
- Tiêu tốn nhiều
- Kết cấu khá phức tạp.
vật tư, kết cấu
phức tạp.

Vậy: sử dụng tháp mâm xuyên lỗ để chưng cất hệ Benzen – Axit axetic.

Trang 7


Chưng cất Benzen – Axit axetic

II.

GVHD: Thầy Nguyễn Văn Lục

GIỚI THIỆU SƠ BỘ VỀ NGUYÊN LIỆU
1. Benzen (C6H6)

1.1.
Tính chất
 Là một hợp chất mạch vòng, ở dạng lỏng không màu và có mùi thơm nhẹ. Khối lượng

riêng là 878.6 kg/m3
 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 sử dụng hạn chế hơn.

Các tính chất vật lí của benzen:
 Khối lượng phân tử:
78,11
o
 Tỉ trọng (20 C):
0,879
 Nhiệt độ sôi Tsôi:
80oC
 Nhiệt độ nóng chảy Tnc:
5,50C
1.2.
Điều chế
1) 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….
2) Đóng vòng và dehiro hóa ankane
Các ankane có thể tham gia đóng vòng và dehidro hóa tạo thành hidro cacbon thơm ở
nhiệt độ cao và có mặt xúc tác như Cr2O3, hay các lim loại chuyển tiếp như Pd, Pt
2O3 / Al 2O3
CH3(CH2)4CH3 Cr


 C6H6

3) Dehidro hóa các cycloankane
Các cycloankane có thể bị dehidro hóa ở nhiệt độ cao với sự có mặt của các xúc tác
kim loại chuyển tiếp tạo thành benzen hay các dẫn xuất cảu benzen
Pd
C6H12 Pt/
 C6H6
4) Đi từ acetylen
Đun acetane trong sự có mặt cảu của xúc tác là than hoạt tính hay phức của niken như
Ni(CO)[(C6H5)P] sẽ thu được benzen
xt
3C2H2 
C6H6
1.3.
Ứng dụng
 Benzen là một nguyên liệu rất quan trọng trong công nghiệp hoá chất.
 Những nguyên tử hidro trong benzen dễ bị thay thế bằng clo và các halogen khác,
bằng các nhóm sunfo-, amino-, nitro- và các nhóm định chức khác.
 Clobenzen, hexaclobenzen, phenol, anilin, nitrobenzen… đấy mới chỉ là một số dẫn
suất của benzen dùng trong công nghiệp hoá chất để sản xuất chất dẻo và thuốc nhuộm, bột
giặt và dược phẩm, sợi nhân tạo, chất nổ, hoá chất bảo vệ thực vật, v.v…
 Trong phòng thí nghiệm, benzen được sử dụng rộng rãi làm dung môi. Hơi benzen độc
và phải thận trọng khi làm việc với nó.

Trang 8


Chưng cất Benzen – Axit axetic

GVHD: Thầy Nguyễn Văn Lục

2. Axit axetic (CH3COOH)
2.1. Tính chất
 Là một chất lỏng không màu, có mùi sốc đặc trưng, khối lượng riêng 1049 kg/m3
(ở 20 oC)
 Khi hạ nhiệt độ xuống một phần axit đông đặc thành một khối tinh thể có
Tnc = 16.635 oC , Tsôi = 118 oC.
 Tan trong nước, rượu và ete theo bất kỳ tỷ lệ nào.
 Là 1 axit yếu, hằng số phân ly nhiệt động của nó ở 25 oC là K = 1.75x10-5
Tính ăn mòn kim loại:
 Axit axetic ăn mòn sắt.
 Nhôm bị ăn mòn bởi axit loãng, nó đề kháng tốt đối với axit axetic đặc và thuần khiết.
Đồng và chì bị ăn mòn bởi axit axetic với sự hiện diện của không khí.
 Thiếc và một số loại thép nikel – crom đề kháng tốt đối với axit axetic.
2.2. Điều chế
Axit axetic được điều chế bằng cách:
1) Oxy hóa có xúc tác đối với cồn etylic để biến thành andehit axetic, là một giai đoạn
trung gian. Sự oxy hóa kéo dài sẽ tiếp tục oxy hóa andehit axetic thành axit axetic.
CH3CHO + ½ O2 = CH3COOH
C2H5OH + O2 = CH3COOH + H2O
2) Oxy hóa andehit axetic được tạo thành bằng cách tổng hợp từ acetylen.
Sự oxy hóa andehit được tiến hành bằng khí trời với sự hiện diện của coban axetat. Người
ta thao tác trong andehit axetic ở nhiệt độ gần 80oC để ngăn chặn sự hình thành peroxit. Hiệu
suất đạt 95 – 98% so với lý thuyết. Người ta đạt được như thế rất dễ dàng sau khi chế axit
axetic kết tinh được.
Coban axetat ôû 80 o C
 CH3COOH
CH3CHO + ½ O2 
3) Tổng hợp đi từ cồn metylic và Cacbon oxit.
Hiệu suất có thể đạt 50 – 60% so với lý thuyết bằng cách cố định cacbon oxit trên cồn
metylic qua xúc tác.

Nhiệt độ từ 200 – 500oC, áp suất 100 – 200atm:
CH3OH + CO  CH3COOH
với sự hiện diện của metaphotphit hoặc photpho – vonframat kim loại 2 và 3 hóa trị
(chẳng hạn sắt, coban).
2.3. Ứng dụng
Axit axetic là một axit quan trọng nhất trong các loại axit hữu cơ. Axit axetic tìm được rất
nhiều ứng dụng vì nó là loại axit hữu cơ rẻ tiền nhất. Nó được dùng để chế tạo rất nhiều hợp
chất và ester. Nguồn tiêu thụ chủ yếu của axit axetic là:
 Làm dấm ăn (dấm ăn chứa 4,5% axit axetic).
 Làm đông đặc nhựa mủ cao su.
 Làm chất dẻo tơ sợi xenluloza axetat – làm phim ảnh không nhạy lửa.

Trang 9


Chưng cất Benzen – Axit axetic





GVHD: Thầy Nguyễn Văn Lục

Làm chất nhựa kết dính polyvinyl axetat.
Làm các phẩm màu, dược phẩm, nước hoa tổng hợp.
Axetat nhôm dùng làm chất cắn màu (mordant trong nghề nhuộm)
Phần lớn các ester axetat đều là các dung môi, thí dụ: izoamyl axetat hòa tan được
nhiều loại nhựa xenluloza.

3. Hỗn hợp Benzen – Axit axetic

Hỗn hợp có thành phần cân bằng giữa pha lỏng (x) – pha hơi (y) và nhiệt độ sôi
(Bảng IX-2a, trang 146, [6]) ở áp suất 1 atm:
Bảng 1: Thành phần cân bằng lỏng- hơi Benzen – Axit axetic
x

0

5,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

100

y

0

26.0

42.0

59.0

68.6

75.0

79.0

83.0

88.0

92.5

97.0

100

T

118.1 111.4 105.8 99.0

94.0

90.3

88.0

85.7

83.5

82.0

80.8

80.2

Đồ thị cân bằng Benzen – Axit axetic:

y

Đồ thị cân bằng
Benzen-Axit Axetic
100
95
90
85
80
75
70
65
60

55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0

5

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100

x

Hình 1:Đồ thị cân bằng lỏng- hơi Benzen – Axit axetic

Trang 10


Chưng cất Benzen – Axit axetic

GVHD: Thầy Nguyễn Văn Lục

Chương 2

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Chú thích các kí hiệu trong qui trình:
1. Bồn chứa nguyên liệu.
2. Bơm.
3. Bồn cao vị.
4. Thiết bị trao gia nhiệt nhập liệu.
5. Lưu lượng kế.
6. Tháp chưng cất.
7. Thiết bị ngưng tụ.
8. Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh.
9. Bồn chứa sản phẩm đỉnh.
10. Thiết bị đun sôi đáy tháp.
11. Bẫy hơi.
12. Bồn chứa sản phẩm đáy.
13. Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy.

Trang 11


Chưng cất Benzen – Axit axetic

GVHD: Thầy Nguyễn Văn Lục

3

10

Khí
không

ngưng

P
Nước nóng

Nước lạnh

Sản phẩm đỉnh

T

8
Dòng
hồi
lưu

9
Nước
Nước làm lạnh

7

11

T
Hơi đốt
P = 3 at

4

x = 99 %

5

T
6
3

P
8

Nước
ngưng

12
Hơi đốt
P = 3 at

Sản
phẩm
đáy

13
Nước

1

Nước
ngưng

2

Nước làm lạnh
x = 40 %
t= 30 C

14

x = 70%
t= 40C

14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1

Bồn chứa sản phẩm đáy
Thiết bò làm nguội sản phẩm đáy
Thiết bò đun sôi đáy tháp
Bồn chứa sản phẩm đỉnh

Thiết bò ngưng tụ sản phẩm đỉnh
Tháp chưng cất
Áp kế
Nhiệt kế
Bẫy hơi
Thiết bò đun sôi dòng nhập liệu
Lưu lượng kế
Bồn cao vò
Bơm
Bồn chứa nguyên liệu
TÊN GỌI

STT

N = 0.0206Hp, Q = 0.5m 3/h

ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT

1
1
1
1
1
1
1
3
2
1
2
1

2
1
SL

X18H10T

VẬT LIỆU

Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
Khoa Công nghệ Hóa học
BỘ MÔN MÁY VÀ THIẾT BỊ
Đồ án môn học : Quá trình và Thiết bò

THI? T K? H? TH? NG CHUNG C? T BENZEN - AXIT AXETIC
DЩNG THБ P Р IA L? KHФNG CУ ? NG CH? Y TRUY? N
SVTH

Hình 2:Sơ đồ quy trình cơng nghệ chưng cất Benzen- Axit Axetic

Trang 12

Tỉ lệ

Nguy?n H?i Quвn

GVHD

Nguy?n Van L?c

CNBM

Lк Th? Kim Ph?ng

Chức năng

Họ tên

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Chữ ký

Bản vẽ số

1/2

Ngày HT

27/12/12

Ngày BV

12/01/13


Chưng cất Benzen – Axit axetic

GVHD: Thầy Nguyễn Văn Lục

Hỗn hợp Benzen – Axit axetic có nồng độ Benzen 40% (theo phần khối lượng), nhiệt độ
khoảng 30oC tại bình chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3). Sau đó, hỗn
hợp được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi trong thiết bị đun sôi dòng nhập liệu (4), rồi được đưa vào

tháp chưng cất (6) ở đĩa nhập liệu.
Trên đĩa nhập 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 xuống dưới càng giảm
nồng độ các cấu tử dễ bay hơi vì đã bị pha hơi tạo nên từ nồi đun (10) 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 Axit axetic sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp có cấu
tử Benzen chiếm nhiều nhất (có nồng độ 99% phần khối lượng). Hơi này đi vào thiết bị
ngưng tụ (7) và được ngưng tụ hoàn toàn. Một phần của chất lỏng ngưng tụ được hoàn lưu về
tháp ở đĩa trên cùng. 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 (Axit axetic). Hỗn hợp lỏng ở đáy có nồng độ Benzen
là 1% phần khối lượng, còn lại là Axit axetic. Dung dịch lỏng ở đáy đi ra khỏi tháp vào nồi
đun (10). 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 (13), được làm
nguội đến 40oC , rồi được đưa qua bồn chứa sản phẩm đáy (12).
Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là Benzen, sản phẩm đáy là Axit axetic.

Trang 13


Chưng cất Benzen – Axit axetic

GVHD: Thầy Nguyễn Văn Lục

Chương 3

CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
I. CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU
Chọn loại tháp là tháp mâm xuyên lỗ.

Khi chưng luyện dung dịch Benzen - Axit axetic thì cấu tử dễ bay hơi là Benzen.
Benzen : C6H6  M B  78 (g/mol)

Hỗn hợp: 

Axit axetic : CH3COOH  M A  60 (g/mol)
 Năng suất nhập liệu :
 Nồng độ nhập liệu :

GF = 4500 kg/h
xD= 40,0 % (kg benzen/ kg hỗn hợp)
xF = 0,339 kmol benzen/ kmol hỗn hợp
 Nồng độ sản phẩm đỉnh: xD = 99 %(kg benzen/ kg hỗn hợp)
xD = 0,987 kmol benzen/ kmol hỗn hợp)
 Nồng độ sản phẩm đáy: xW = 1
% (kg benzen/ kg hỗn hợp)
xW = 0,00771 kmol benzen/ kmol hỗn hợp
Chọn:
 Nhiệt độ nhập liệu: tFV = 30oC
 Trạng thái nhập liệu: Nhập liệu ở trạng thái lỏng sôi
Đối với thiết bị đun sôi đáy tháp:
 Á p suất hơi đốt :
Ph = 3 at
Đối với thiết bị làm nguội sản phẩm đáy:
 Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi làm nguội:

tWR = 40 oC

 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi vào:

tV = 30 oC

 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi ra:
Đối với thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh:

tR = 50 oC

 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi vào:

tV = 30 oC

 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi ra:

tR = 50 oC

 Các ký 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: nồng độ phần mol, phần khối lượng của cấu tử i.

Trang 14


Chưng cất Benzen – Axit axetic

GVHD: Thầy Nguyễn Văn Lục

II. XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ĐỈNH VÀ SẢN PHẨM ĐÁY
Khối lượng mol trung bình của nhập liệu:

MF = xF M C6H6 + (1- xF)MCH3COOH = 0,339 x 78 + (1-0,339) x 60 = 66.10 kg/kmol
Số mol nhập liệu:
G
4500
F= F 
= 68,08 kmol/h
M F 66.10
Áp dụng công thức IX.16 và IX.17, trang 144, [5]:
Áp dụng cho trường hợp chưng cất được gia nhiệt gián tiếp

F  D  W
Đun gián tiếp : 
Fx F  Dx D  Wx W
F
D
W



xD  xW xF  xW xD  xF

Nên : D =

xF  xW
0,339  0,00771
F
68,08  23,03 kmol/h
xD  xW
0,987  0,00771

 GD = 1791 kg/h
W = F – D = 68,08 – 23,03 = 45,05 kmol/h
 GW = 2709 kg/h

III.

XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG MOL CÁC DÒ NG PHA

Coi lưu lượng mol của các dòng pha đi trong mỗi đoạn tháp ( chưng và cất) là không đổi.

1. Tại đỉnh tháp
nHD

L

nHD

L

Vì tại đỉnh tháp nồng độ phần mol của Benzen trong pha lỏng và pha hơi bằng nhau.
 Khối lượng của pha hơi và pha lỏng tại đỉnh tháp là bằng nhau:
MHD = MLD = xD.MB + (1 – xD). MA = 0,987. 78 + (1 – 0,987). 60 = 77,77 kg/mol
Suất lượng mol của dòng hơi tại đỉnh tháp:
nHD = (R +1)D = (1,456 + 1).23,03 = 56,56 kmol/h
Suất lượng khối lượng của dòng hơi tại đỉnh tháp:
GHD = nHD.MHD = 56,56 x 77,77 = 4398,80 kg/h
Suất lượng mol của dòng hoàn lưu:
L = RD = 1,456 x 23,03 = 33,53 kmol/h
Suất lượng mol của dòng hoàn lưu:
GL = L. MHD= 2607,76 kg/h

Trang 15


Chưng cất Benzen – Axit axetic

GVHD: Thầy Nguyễn Văn Lục

2. Tại mâm nhập liệu
nHF

nLF

nHF

n’LF

F

Khối lượng mol của dòng nhập liệu:
MF = xF.MB + (1 – xF).MA = 0,339x78 + (1 – 0,339)x60 = 66,10 kg/kmol
Suất lượng mol của dòng nhập liệu:
G
4500
F= F 
= 68,08 kmol/h
M F 66,10
Và: nLF = L = 33,53 kmol/h
n’LF = L + F = 33,53+ 68,08 = 101,61 kmol/h
nHF = nHD = 56,56 kmol/h

3. Tại đáy tháp
nHW

nLW

W
Vì tại đáy tháp nồng độ phần mol của Benzen trong pha lỏng và pha hơi bằng nhau.
 Khối lượng của pha hơi và pha lỏng tại đáy tháp là bằng nhau:
MHW = MLW = xW. MB + (1 – xW). MA = 0,00771x78 + (1 – 0,00771)x60 = 60,14 kg/kmol
Suất lượng mol của dòng sản phẩm đáy:
W = 45,05 kmol/h
Và: nLW = n’LF = 101,61 kmol/h
nHW = nHF = nHD = 56,56 kmol/h

IV.XÁC ĐỊNH SỐ CHỈ SỐ HỒI LƯU CỦA THÁP CHƯNG CẤT
1. Xác định chỉ số hồi 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.

Trang 16


Chưng cất Benzen – Axit axetic

GVHD: Thầy Nguyễn Văn Lục

Xác định giá trị y*F từ đồ thị cân bằng lỏng hơi:

Đồ thị cân bằng pha hệ Benzen - Axit axetic

y

yF*

xF

x

Hình 3:Đồ thị cân bằng pha x-y của hệ Benzen – Axit Axetic
Dựa vào hình 3, ta xác định được y*F = 0,714

x D  y *F 0,987  0,714

 0,728
Tỉ số hoàn lưu tối thiểu: Rmin = *
y F  x F 0,714  0,339

2. Tỉ số hoàn lưu làm việc
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 Rth ứng với thể tích tháp là nhỏ nhất.

Trang 17


Chưng cất Benzen – Axit axetic

GVHD: Thầy Nguyễn Văn Lục

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 m hay số mâm lý thuyết Nlt .Cho nên
,thể tích làm việc của tháp tỉ lệ với tích số Nlt*(R+1) .Như vậy, ta có thể thiết lập quan hệ giữa
R và Vtháp theo quan hệ R và Nlt*(R+1) .Từ đồ thị của quan hệ này ,ta xác định được điểm
cực tiểu của Nlt*(R+1) ứng với tỉ số hoàn lưu thích hợp R .
Do giá trị R chạy từ 1.1Rmin đến 3Rmin
Bảng 3:Mối liên hệ giữa R và V tháp
STT

Nlt(N+1)

1
2
3
4
5
6
7
Tối ưu

Tỉ

số
1,1
1,4
1,7
2,0
2,3
2,6
2,9
2,0

R

Phương trình đường cất

Nlt

Nlt.(R+1)

0,8008
1,0192
1,2376
1,456
1,6744
1,8928
2,1112
1,456

y = 0,4447x + 0,5481
y = 0,5048x + 0,4888
y = 0,5531x + 0,4411

y = 0,5928x + 0,4019
y = 0,6261x + 0,3691
y = 0,6543x + 0,3412
y = 0,6786x + 0,3172
y = 0.5928x + 0,4019

22
15
13
11
11
10
10
11

39,6176
30,2880
29,0888
27,0160
29,4184
28,9280
31,1120
27,0160

40
38
36
34
32
30

28
26
1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

2.2

2.4

2.6

2.8

3

Tỉ số
Hình 4: Mối liên hệ giữa R/Rmin và V tháp
 Dựa vào đồ thị ta có:
Tỉ lệ tối ưu là 2 ứng với R = 2 x 0,728 = 1,456

Trang 18

Chưng cất Benzen – Axit axetic

GVHD: Thầy Nguyễn Văn Lục

V. TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT
Chọn hơi đốt là hơi nước ở 3 at
Tra bảng I.251, trang 314, [5]:
 Nhiệt hóa hơi: rH 2O = rn =2171000 J/kg
 Nhiệt độ sôi: tn = 132,9 oC
Sử dụng đồ thị T- x, y của hỗn hợp Benzen – Axit axetic ta có:
Dòng sản phẩm đáy có nhiệt độ:
 Trước khi vào nồi đun ( lỏng): tS1 = 116,25 oC
 Sau khi được đun sôi ( hơi): tS2 = 117,85 oC
Nhiệt độ các dòng của hỗn hợp:
 xF = 0,339 tFS = 92,40 oC
 xW = 0,771 tWS=116,25 oC
 xD = 0,987 tDS =80,40 oC
Nội suy các giá trị Nhiệt dung riêng của Benzen ( Tra bảng I.268, trang 328, [5]), Axit
Axetic ( Tra bảng I.154, trang 172, [5]) , nhiệt hóa hơi của Benzen ( Tra bảng I.268, trang
328, [5]) và Bảng I.176, trang 183, [5], nhiệt hóa hơi của Axit Axetic ( Tra bảng I.213,
trang 256, [5]). Sử dụng các công thức tính Enthanpy và nhiệt hóa hơi sau:
 hFS = CF.tFS = [xFCB + (1 - xF)CA ]tFS
 hWS= CWS.tWS = [xWCB + (1 - xW)CA ]tWS
 hDS = CD.tDS = [xDCB + (1 - xD)CA ]tDS
 rD = xDrB + (1 - xD)rA
Ta được bảng giá trị của các dòng như sau:
Bảng4: Thông số nhiệt động các dòng

Dòng

Phần
mol
nước (x)

0,339
Nhập liệu (F)
Sản phẩm đáy (W) 0,00771
Sản phẩm đỉnh (D) 0,987
Nước lạnh 30oC
Nước lạnh 50oC
Hơi đốt ở 3 at
Dòng sản phẩm
đáy sau làm lạnh
Dòng sản phẩm
đỉnh sau làm lạnh
Dòng nhập liệu
trước khi đun

NS
khối
lượng
kg/h
92,40 4500
116,25 2709
80,40 1791
30
50
132,9

Phần
Nhiệt
khối
độ
lượng
0,40
0,01
0,99

Năng
suất
mol
kmol/h
68,08
23,03
45,05

Ẩn
Enthanpy
nhiệt
trạng thái
hóa hơi
sôi kJ/kg
kJ/kg
206,14
291,90
156,77
391,916
125,70

209,50
2730
2171

40

83,86

40

70,30

30

57,89

Trang 19


Chưng cất Benzen – Axit axetic

GVHD: Thầy Nguyễn Văn Lục

1. Cân bằng nhiệt cho toàn tháp
Qđ + GFhFS = (R+1) GDrD + GDhDS + GWhWS + Qm
 Giả sử lượng nhiệt mất mát ( tổn thất) bằng 5% nhiệt hữu ích: a = 5%
Qm = 0,05Qđ Qđ=1,05[ (R+1) GDrD + GD(hDS – hFS) + GW(hWS – hFS)]
 Nhiệt lượng cần cung cấp:

Q d  1,05[(R + 1) G D rD + G D (h DS - h FS ) + G W (h WS - h FS )]

 1,05[(1,456  1)1791x391 ,916  1791(156,77 - 206,14)  2709(291,90 - 206,14)]
 1961212,58 kJ/h
Lượng nhiệt cung cấp tính theo giây sẽ là: Qđ = 544.781 kJ/s = 544 781 J/s = 544 781 W
 Nếu dùng hơi nước bão hòa ( không chứa ẩm) để cấp nhiệt thì:
Qđ = GH2O .r H2O(1-a)
Qn
544.781

 0,2641 kg/s
Vậy lượng hơi nước cần dùng là: Gn =
rn (1 - a) 2171x0,95

2. Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy
Qln1 = GW(hWS – hWR) = Gn1 (hR – hV)
 Lượng nhiệt trao đổi: Qln1 = GW(hWS – hWR) = 2709 (291,90-83,86) = 563580,36 kJ/h
Lượng nhiệt trao đổi tính theo giây là: Qln1 = 156,550 kJ/s = 156550 J/s = 156550 W
Q ln1
156,550

 1,8794 kg/s
 Suất lượng nước lạnh cần dùng là: Gn =
h R - h V 209,50 - 125,70

3. Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh
Qnt = (R + 1)GDrD = Gn (hR – hV)
 Lượng nhiệt trao đổi: Qnt = (R + 1)GDrD = (1,456+1)1791x391,916= 1723919,34 kJ/h
Lượng nhiệt tính theo giây: Qnt = 478,867 kJ/s = 478867 J/s = 478867 W
 Lượng nước cần dùng: Gn =

Q

478,867

 5,7144 kg/s
h R  h V 209,50  125,70

4. Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh
Qln2 = GD(hDS – hDR) = Gn2 (hR – hV)
 Lượng nhiệt trao đổi: Qln2 = GD(hDS – hDR) = 1791(156,77-70,30)=154867,77 kJ/h
Lượng nhiệt trao đổi tính theo giây là: Qln = 43,019 kJ/s = 43 019 J/s = 43 019 W
Q ln2
43,019

 0,5134 kg/s
 Suất lượng nước lạnh cần dùng là: Gn2 =
h R - h V 209,50 - 125,70

Trang 20


Chưng cất Benzen – Axit axetic

GVHD: Thầy Nguyễn Văn Lục

5. Thiết bị đun sôi dòng nhập liệu
QF = GF(hFS – hFV) = Gnrn (1-a)
 Lượng nhiệt trao đổi: QF = GF(hFS – hFV) = 4500(206,14-57,89) = 667125 kJ/h
Tính nhiệt theo giây: QF = 185,313 kJ/s = 185313 J/s = 185313 W
QF
185,313


 0,08985 kg
 Lượng hơi đốt sử dụng: G h 
rh (1 - a) 2171x0,95

Trang 21


Chưng cất Benzen – Axit axetic

GVHD: Thầy Nguyễn Văn Lục

Chương 4

TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH
I.TÍNH TOÁN SỐ ĐĨA LÝ THUYẾT VÀ SỐ ĐĨA THỰC
1. Phương trình đường cất và số đĩa lý thuyết
x
R
1,456
0,987
y
x D 
.x 
 Phần cất:
R 1
R  1 1,456  1
1,456  1
= 0,5928x+0,4019
Rf
1 f

1,456  2,956
1  2,956
x
xW 
x
0,00771
 Phần chưng: y 
R 1
R 1
1,456  1
1,456  1
= 1,7964x-0,00614
F 68,08
 2,956
Ở đây f là hệ số tiếp liệu, f= 
D 23,03
Từ phương trình đường luyện và đường cân bằng x-y của Benzen - Axit axetic ta được sô
bậc lý thuyết với phần chưng và phần cất của tháp.

y

Đường cất
y = 0.5928x+0.4019

Đường chưng
y=1.7964x-0.00614

xW

xF

xD x

Hình 5: Đồ thị mô tả số đĩa lý thuyết hệ Benzen – Axit axetic

Trang 22


Chưng cất Benzen – Axit axetic

GVHD: Thầy Nguyễn Văn Lục

Từ đó, xác định được số đĩa lý thuyết trong quá trình chưng cất hỗn hợp Benzen –Axit axetic
là 11 mâm gồm: 8 đĩa cất và 3 đĩa chưng.

II.TÍNH TOÁN ĐƯỜNG KÍNH VÀ CHIỀU CAO THÁP CHƯNG CẤT
1. Tính toán hiệu suất trung bình đĩa tại các vị trínhập liệu, đỉnh và đáy tháp
 Vị tríđỉnh tháp:
Tại đỉnh tháp có x = xD=0,987, từ đường cân bằng ta có giá trị y* = yD = 0,995, tính
y * (1  x) 0,995(1  0,987)
 Độ bay hơi tương đối: F =
= 2,520

(1  y*)x (1  0,995)0,987
 Nhiệt độ sôi của hỗn hợp là t=80,40 oC
Tra bảng I.101, trang 91, [5] Độ nhớt của Benzen
BF = 0,3149 cP
Tra bảng I.101, trang 91, [5] Độ nhớt của Axít axetic AF = 0,5580 cP
 Độ nhớt của hỗn hợp lỏng:
Công thức I.12, trang 84, [5]: lghh=x1lg1 +x2lg2

  


lgF= 0,987lg0,3149 + (1-0,987)lg0,558
F = 0,3173 cP
F=2,520x0,3173=0,7995
Tra hình IX.12, trang 171, [6] F = 0,533
 Vị trí nhập liệu và vị trí đáy tháp ta có bảng giá trị như sau:
Bảng 5: Giá trị tính toán của vị trínhập liệu và đáy tháp
Giá trị
x
y*
tF
F


hh
F x hh
Vị trí
4,868

0,2819 0,4980 0,4106 1,9989

0,420

0,00771 0,0573 116,25 7,823

0,2269 0,3750 0,3736 2,9222

0,372

Nhập liệu 0,339
Đáy tháp





0,714

92,4

 Hiệu suất trung bình của đĩa là:
 tb = (3 = ( 0,533 + 0,420 + 0,372)/3 = 0,4417
 Số đĩa của từng phần:
Phần chưng: 3/0,4417 = 6,79, làm tròn là 7 đĩa
Phần cất: 8/0,4417= 18,11, làm tròn là 19 đĩa
- Tổng số đĩa của tháp là: 26 đĩa
- Vị trí nhập liệu là đĩa số 8

2. Tính toán đường kính và chiều cao tháp
2.1.Đường kính tháp
 Phần cất
 Nồng độ phần mol trung bình của pha lỏng trong phần cất:
x D  x F 0,987  0,339
= 0,663 kmol Benzen/ kmol hỗn hợp

2
2
 Nồng độ phần khối lượng trung bình của pha lỏng trong phần cất:

xC 


x C  0,719 kg Benzen/ kg hỗn hợp

Trang 23


T

Chưng cất Benzen – Axit axetic

GVHD: Thầy Nguyễn Văn Lục

120
118
116
114
112
110
108
106
104
102
100
98
96
94
92
90

88
86
84
82
80
0

5

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100

x,y
Hình 6: Đồ thị T-x,y hệ Benzen – Axit axetic
Dựa theo hình 6, đồ thị cân bằng pha t-x,y:
 Nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần cất: TLC = 83,60 oC
Tra bảng 1.268, trang 328, [5]
 Khối lượng riêng của Benzen ở 83.6 oC: BC = 813,173 kg/m3
Tra bảng 1.2, trang 9, [5]
 Khối lượng riêng của Axit axetic ở 83.6 oC: BC = 976,860 kg/m3
Áp dụng công thức 1.2, trang 5, [5]




x
1 xC
1
0,719 1  0,719
LC = 856,97 kg/m3
 C 



ρ LC ρ BC
ρ AC
813,173 976,860
 Nồng độ trung bình của pha hơi trong phần cất là:
yC= 0,593xC + 0,402 = 0,795
Dựa theo hình 6, đồ thị cân bằng pha t-x,y:
 Nhiệt độ trung bình của pha hơi trong phần cất: THC = 87,71 oC
 Khối lượng mol trung bình của pha hơi trong phần cất:
MHC = yC.MB + (1 – yC).MA = 0,795x78 + (1-0,795)x60 = 74,31 kg/kmol

Trang 24


Chưng cất Benzen – Axit axetic

GVHD: Thầy Nguyễn Văn Lục

 Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần cất:
PM HC
1 x 74,31
ρ HC 

= 2,511 kg/m3
22,4
RTHC
x (87,7  273,15)
273,15
 Tính vận tốc pha hơi đi trong phần cất:

Lượng hơi trung bình trong đoạn cất: Áp dụng công thức IX.91,trang 181, [6]

g tb 

gV  gR
2

gV: lượng hơi đi vào đĩa đầu tiên của phần cất.
gR: lượng hơi đi ra đĩa cuối cùng của đoạn cất.

gr =Gr +GD =GD (R+1)= 4398,80 kg/h
Lượng hơi gv, hàm lượng yv, lượng lỏng Gv được xác định theo phương trình cân bằng
vật chất và năng lượng sau:
Áp dụng công thức IX.93, IX.94 và IX.95, trang 182, [6]
g V =G V +G D

g V .yV =G V .x F +G D .x D

g V .rV =g R .rR
rv =rB .yV +(1-yV ).rA

rR =rB .yD +(1-yD ).rA

 Tại vị trí nhập liệu:
Nhiệt hóa hơi của Benzen ( Tra bảng I.268, trang 328, [5]) và Bảng I.176, trang 183, [5],
Nhiệt hóa hơi của Axit Axetic ( Tra bảng I.213, trang 256, [5])



t F =92,4 o C  rB =382,727 kJ/kg

rA = 387,489
_

_

_

rV  rB y V  (1  y V )rA  387,489  4,762 y V kJ/kg

 Tại đỉnh tháp:
_
r  392,000
t F  80,4 o C   B
kJ/kg với y D  0,987  y D  0,99
rA  383,572

_

_

rR  rB y D  rA (1  y D )  392,000x0, 99  383,572x(1 - 0,99)  391,916 kJ/kg

Trang 25