Chưng cất methanol và nước

CHƯNG CẤT METHANOL-NƯỚC

Nhóm 10- 53TP1

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU .................................................................................................. 2
Chƣơng 1: Tổng quan.............................................................................................. 3
I. Giới thiệu về nguyên liệu ....................................................................................... 3
1. Methanol .............................................................................................................. 3
1.1. Ứng dụng ........................................................................................................ 3
1.2. Sản xuất .......................................................................................................... 3
2. Nước .................................................................................................................... 4
3. Hỗn hợp methanol-nước ...................................................................................... 4
II. Lý thuyết về chưng cất .......................................................................................... 5
1. Khái niệm ............................................................................................................ 5
2. Các phương pháp chưng cất ................................................................................ 6
3. Thiết bị chưng cất ................................................................................................ 6
Chƣơng 2: Quy trình công nghệ .............................................................................. 8
Chƣơng 3: Tính toán sơ bộ ...................................................................................... 9
I. Các thông số ban đầu ............................................................................................. 9
II. Cân bằng vật chất ................................................................................................ 10
1. Nồng độ phần mol,phần khối lượng của Methanol trong tháp ......................... 10
2. Suất lượng mol của các dòng............................................................................. 12
3. Các phương trình làm việc ................................................................................ 13
III. Cân bằng năng lượng ......................................................................................... 15
1. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu ................................. 15
2. Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện ..................................................... 16
3. Cân bằng nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ hoàn toàn ............................................ 17
Chƣơng 4: Tính toán thiết bị chính ....................................................................... 18
I. Đường kính tháp ................................................................................................... 18
1. Phần luyện ......................................................................................................... 18

2. Phần chưng ........................................................................................................ 20
II. Chiều cao tháp..................................................................................................... 22
1. Số mâm lý thuyết ............................................................................................... 22
2. Xác định số mâm thực tế của tháp ..................................................................... 23
2.1. Hiệu suất trung bình của tháp ....................................................................... 23
2.2. Chiều cao tháp .............................................................................................. 25
KẾT LUẬN ............................................................................................................ 26
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................

1

GVHD: Trần Thanh Giang


CHƯNG CẤT METHANOL-NƯỚC

Nhóm 10- 53TP1

LỜI MỞ ĐẦU
Trong một quyển sách của GS George A. Olah, khôi nguyên giải Nobel và là Giám
đốc Viện nghiên cứu Hữu cơ Loker, thuộc Viện Đại học Southern California, ông
viết vào năm 2006 dưới tựa đề: ―Beyond oil and gas: The methanol economy‖, đã
nhận định một cách chắt nịch là tuy methanol không phải là giải pháp duy nhất
trong việc giải quyết vần đề khủng hoảng năng lượng trên thế giới, nhưng chúng ta
phải tận dụng tất cả các nguồn nguyên liệu có thể dùng được trong đó methanol sẽ
giữ một vai trò không kém quan trọng.
Methanol là hóa chất được sử dụng trong hàng trăm các ứng dụng công nghiệp và
hóa học khác với vai trò là chất cơ sở cho nhiều sản phẩm được người tiêu dùng
hàng ngày tại gia đình, văn phòng và trên đường.
Theo ông Gregory Dolan, Quyền Giám đốc Viện Methanol, nhu cầu ngày càng

tăng trên toàn cầu đối với các sản phẩm methanol đã tạo ra một trong những ngành
công nghiệp sáng tạo và năng động nhất trên thế giới‖, Ông Dolan nhấn mạnh,
Việt Nam là một nền kinh tế thị trường đang tăng trưởng nhanh và điều đó sẽ khiến
cho nhu cầu về năng lượng ngày càng cao hơn để có thể cạnh tranh với các nền
kinh tế khác trên toàn cầu. Trữ lượng khí thiên nhiên và các nguồn khác sẽ cho
phép Việt Nam phát triển năng lực sản xuất các sản phẩm lọc dầu và hóa dầu trong
nước lên tầm cỡ thế giới trong những năm tới.
Ngày nay, có rất nhiều các phương pháp được sủ dụng để sản xuất và nâng cao độ
tinh khiết methanol như: chưng cất, trích ly, cồ đặc, hấp thu ....Tùy theo dặc tính
sản phẩm mà ta lựa chọn phương pháp thích hợp. Hệ methanol - nước là 2 cấu tử
tan lẫn hoàn toàn, ta dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho
methanol.

2

GVHD: Trần Thanh Giang


CHƯNG CẤT METHANOL-NƯỚC

Nhóm 10- 53TP1

CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN
I. Giới thiệu nguyên liệu:
1. Methanol
Methanol (rượu gỗ): Có công thức hóa học CH3OH, là chất lỏng không
màu, dễ bay hơi và rất độc.
 Các thông số của methanol:

 Phân tử lượng: 32,04 g/mol
 Khối lượng riêng: 0,7918 g/cm3
 Nhiệt độ nóng chảy: -97°C (176K)
 Nhiệt độ sôi: 64,5°C ( 337,8K)
 Độ nhớt: 0,59 Ns/m2 ở 20°C
1.1. Ứng dụng
Methanol được dùng làm chất chống đông, làm dung môi, làm nhiên
liệu cho động cơ đốt trong, nhưng ứng dụng lớn nhất là làm nguyên liệu để
sản xuất các hóa chất khác.
Khoảng 40% metanol được chuyển thành formol dehyde, từ đó sản xuất ra
chất dẻo, sơn...Các hóa chất khác được dẫn xuất từ metanol bao gồm
dimeylete...
1.2. Sản xuất
Methanol được sinh ra từ sự trao đổi chất yếm khí của một vài loài vi
khuẩn. Kết quả là một lượng nhỏ hơi methanol được tạo thành trong không
khí. Và sau vài ngày không khí có chứa methanol sẽ bị oxy hóa bởi O2 dưới
tác dụng của ánh sáng chuyển thành CO2 và H2O theo phương trình:
2CH3OH+ 3O2 ——► 2CO2 +4H2O
Hiện nay methanol được sản xuất bằng cách tổng hợp trực tiếp từ H2 và
CO, gia nhiệt ở áp suất thấp và có mặt chất xúc tác.

3

GVHD: Trần Thanh Giang


CHƯNG CẤT METHANOL-NƯỚC

Nhóm 10- 53TP1

2. Nƣớc
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 các dạng tinh thể khác nhau.
 Tính chất vật lý:
 Khối lượng phân tử : 18 g / mol
 Khối lượng riêng d4oC : 1 g / ml
 Nhiệt độ nóng chảy: 00C

 Nhiệt độ sôi: 1000C
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 Methanol – Nƣớc
Ta có bảng cân bảng lỏng-hơi cho hỗn hợp methanol-nước ở 1 atm
Bảng 1:
t°c 100 92,3 87,7 81,7 78 75,3 73,1 71,2 69,3 67,5 66 64,5
X
0
5
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
y
0 26,8 41,8 57,9 66,5 72,9 77,9 82,5 87 91,5 95,8 100
8
Với :

X là thành phần lỏng
y là thành phần hơi

4

GVHD: Trần Thanh Giang


CHƯNG CẤT METHANOL-NƯỚC

Nhóm 10- 53TP1

II. LÝ THUYẾT CHƢNG CẤT
1. Khái niệm:
Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của một hỗn hợp 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 hệ có bao nhiêu cấu
tử sẽ thu được bấy nhiêu sản phẩm. Nếu xét hệ đơn giản chỉ có 2 cấu tử thì ta
thu được 2 sản phẩm:
+ Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần rất ít
các cấu tử có độ bay hơi bé.
+ Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất ít cấu

tử có độ bay hơi lớn.
Vậy đối với hệ methanol - nước thì:
 Sản phẩm đỉnh chủ yếu là methanol.
 Sản phẩm đáy chủ yếu là nƣớc.

5

GVHD: Trần Thanh Giang


CHƯNG CẤT METHANOL-NƯỚC

Nhóm 10- 53TP1

2. Các phƣơng pháp chƣng cất
 Phân loai theo áp suất làm việc
 Áp suất thấp
 Áp suất thường
 Áp suất cao
 Phân loại theo nguyên lý làm việc
 Chưng cất đơn giản
 Chưng bằng hơi nước trực tiếp
 Chưng cất đa cấu tử
 Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp
 Cấp nhiệt trực tiếp
 Cấp nhiệt gián tiếp
Vậy đối với hệ methanol - nước, ta nên chọn phương pháp chưng cất liên
tục cấp nhiệt gián tiếp.

3. Thiết bị chƣng 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 bể 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... Ớ đây ta kháo 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 chớp : Trên mâm bố trí cổ chóp dạng tròn, xupap, chữ s...
 Tháp mâm xuyên lỗ:Trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh.
Tháp chêm: 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.

6

GVHD: Trần Thanh Giang


CHƯNG CẤT METHANOL-NƯỚC

Nhóm 10- 53TP1

So sánh ưu nhược điểm của các loại tháp:
Tháp chêm

Tháp mâm xuyên lỗ

Tháp mâm chóp

- Cấu tạo khá đơn giản. - Trở lực tương đôi thấp. - Khá ổn định.
Ƣu

- Trở lực thấp.

- Hiệu suất khá cao.

- Hiệu suất cao.

điểm - Làm việc được với chất
lỏng bẩn.
- Do có hiệu ứng thành - Không làm việc được - Có trở lực lớn.
nên hiệu suất truyền khối với chất lỏng bẩn.
- Tiêu tốn nhiều
thấp.
- Kết cấu khá phức tạp. vật tư, kết cấu
Nhƣợc
- Độ ổn định thấp, khó
phức tạp.
điểm vận hành.
- Khó tăng năng suất.
- Thiết bị khá nặng nề.
Ở đây ta sử dụng tháp mâm xuyên lỗ để chưng cất hệ methanol - nước.

Mâm lỗ tháp chưng

7

GVHD: Trần Thanh Giang

CHƯNG CẤT METHANOL-NƯỚC

Nhóm 10- 53TP1

CHƢƠNG 2

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Thuyết minh quy trình:
Hỗn hợp methanol - nước có nồng độ nhập liệu methanol 40% (theo phần
mol), nhiệt độ khoảng 30°C tại bình chứa nguyện liệu được bơm bơm lên bồn
cao vị. Từ đó được đưa đến thiết bị trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy. Sau đó,
hỗn hợp dược gia nhiệt đến nhiệt độ sôi trong thiết bị đun sôi dòng nhập liệu,
rồi được đưa vào tháp chưng cất 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 hơi nước được cấp trực tiếp vào đáy tháp 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 methanol chiếm nhiều nhất (có nồng độ 95% phần
khối lượng). Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ và được ngưng tụ hoàn toàn. Một
phần của chất lỏng ngưng tụ được hoàn lưu về tháp ở đĩa trên cùng. Phần còn
lại được làm nguội đến 40°C, rồi đưa về bình chứa sản phẩm đỉnh.
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. Cuốì cùng, ở đáy tháp ta thu được hỗn
hợp lỏng hầu hết là các cấu tử khó bay hơi (nước). Hỗn hợp lỏng ỏ đáy có nồng
độ methanol là 0,5% phẩn mol, còn lại là nước. Dung dịch lỏng ở đáy đi ra khỏi

tháp đi vào thiết bị trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu, rồi được đưa qua bồn chứa
sản phẩm đáy.
Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là methanol. Sản phẩm đáy
là nước sau khi trao khi trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu được thải bỏ ở nhiệt
độ 60°C.

8

GVHD: Trần Thanh Giang


CHƯNG CẤT METHANOL-NƯỚC

Nhóm 10- 53TP1

CHƢƠNG 3

TÍNH TOÁN SƠ BỘ
I.Các thông số ban đầu:
- Chọn loại tháp là loại tháp mâm xuyên lỗ. Thiết bị hoạt động liên tục.
- Khi chưng luyện dung dịch methanol thì cấu tử dễ bay hơi là methanol.
- Hỗn hợp :
+ Methanol : CH3OH, M M = 32 (g/mol)
+ Nước : H2O, M N = 18 (g/mol)






Năng suất nhập liệu : GF= 5000(kg/h)
Nồng độ nhập liệu : xF = 40%
(mol methanol/mol hỗn hợp)
Nồng độ sản phẩm đỉnh : ̅ D = 95% (kg methanol/kg hỗn hợp)
Nồng độ sản phẩm đáy : xW = 0,5% (mol methanol/mol hỗn hợp)
Chọn :
 Nhiệt độ nhập liệu ban đầu :tBĐ = 30 oC
 Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau làm nguội : tS =60oC
 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi vào : tv = 10 oC
 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi ra : tr = 30 oC
 Trạng thái nhập liệu vào tháp chưng cất là trạng thái lỏng sôi.

 Các ký hiệu:
 GF, F: suất lượng nhập liệu tính theo kg/h, kmol/h.
 GD, D: Suất lượng sản phẩm đĩnh tính theo kg/h, kmol/h.
 GW, W: Suất lượng sản phẩm đáy tính theo kg/h, kmol/h.
 L : Suất lượng dòng hoàn lưu, kmol/h.
 xi , ̅ i: Nồng độ phần mol, phần khối lượng của câu tử i.

9

GVHD: Trần Thanh Giang


CHƯNG CẤT METHANOL-NƯỚC

Nhóm 10- 53TP1

II. Cân bằng vật chất:
1. Nồng độ phần mol, phần khối lƣợng của Methanol trong tháp

= 0,4
̅

̅

̅
̅
̅

̅

10

GVHD: Trần Thanh Giang


CHƯNG CẤT METHANOL-NƯỚC

Nhóm 10- 53TP1

Từ số liệu của bảng 1 ta xây dựng đồ thị t-x-y cho hệ Methnol- nước

Do ta chọn trạng thái nhập liệu vào tháp chưng cất là trạng thái lỏng sôi nên từ đồ
thị 1 trên, tại = 0,4 ta nội suy ra nhiệt độ nhập liệu vào tháp chưng cất là:
= 75,4 oC
Tra bảng 1.249, trang 310, [1] ta được ρN = 974,56 kg/m3
Tra bảng 1.2, trang 9, [1] ta được ρM = 740,6 kg/m3

11

GVHD: Trần Thanh Giang


CHƯNG CẤT METHANOL-NƯỚC

Nhóm 10- 53TP1

2.Suất lƣợng mol của các dòng
- Phương trình cân bằng vật chất cho toàn tháp
F =D +W

- Phân tử lượng trung bình của hỗn hợp nhập liệu:
MF = ̅ .MM + (1- ̅ ).MN = 0,542.32 + (1- 0,542).18 = 25,588 (kg/kmol)
=>
-Thế các giá trị vào ta được hệ phương trình sau:
{

{
 D = 84,91 kmol/h
 W = 110,49 kmol/h

- Lại có :
̅

̅
̅

kg/kmol
̅

- Suy ra:

12

GVHD: Trần Thanh Giang


CHƯNG CẤT METHANOL-NƯỚC

Nhóm 10- 53TP1

3.Các phƣơng trình làm việc:
- Từ bảng số liệu 1 ta xây dựng đồ thị cân bằng pha của hệ Methanol- Nước ở áp
suất l atm.
- Với

ta nội suy từ đồ thị 2 được
+ Tỉ số hoàn lưu tối thiểu:

+ Tỉ số hoàn lưu làm việc:

+ Suất lượng mol tương đối của dòng nhập liệu :

 Phương trình đường làm việc của phần chưng:

Hay

13

GVHD: Trần Thanh Giang

CHƯNG CẤT METHANOL-NƯỚC

Nhóm 10- 53TP1

 Phương trình đường làm việc của phần luyện:

Hay

14

GVHD: Trần Thanh Giang


CHƯNG CẤT METHANOL-NƯỚC

Nhóm 10- 53TP1

III. Cân bằng năng lƣợng:
1. Cân bằng nhiệt lƣợng của thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu:
J/h
Trong đó:
- Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào, chọn hơi đốt là hơi nước bão hòa ở p=2at.
J/kg
Với D1 : lượng hơi đốt, kg/h; = 119,62 oC nhiệt độ nước ngưng; c1:nhiệt
dung riêng của nước ngưng. Tra bảng 1.148 [1] được c1=1,041 kcal/kg.độ=424542
J/kg.độ. Ẩn nhiệt hóa hơi r1=526,25kcal/kg=2203303,5J/kg.
- Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào:
J/h

Với F=5000kg/h; tf= 30 oC;cf= 3583,5 J/kg.độ.Bảng 1.154 [1] trang 172
- Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra:
J/h
Với tF= 60 oC;cF=3602 J/kg.độ. Bảng 1.154 [1] trang 172
- Nhiệt lượng do nước ngưng tụ mang ra:
J/h
- Nhiệt độ mất ra môi trường xung quanh:
J/h
Vậy lượng hơi nước cần thiết để đốt nóng hỗn hợp đầu đến nhiệt độ sôi là:

15

GVHD: Trần Thanh Giang


CHƯNG CẤT METHANOL-NƯỚC

Nhóm 10- 53TP1

2.Cân bằng nhiệt lƣợng của tháp chƣng luyện:
Với QF: nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào, J/h
J/h ,nhiệt lượng do hơi nước đun nóng hỗn hợp ở đáy tháp.
J/h, nhiệt lượng do lỏng hồi lưu mang vào.
o
tR= 65 C, cR=2813 J/kg.độ.
J/h
: nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp.
Với
là nhiệt lượng riêng của hơi ở đỉnh tháp, trong đó ,
lần lượt là nhiệt lượng riêng của cấu tử 1 và 2 ở đỉnh J/kg, a1,a2 là phần khối lượng

của cấu tử 1 và 2. Với tđ=60 oC ta tính được = 1328485 J/kg,
Qy=5015762248 J/h
Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra
Với tw=99,7 oC, cw=4212,48 J/kg.độ ta tính được Qw=999387671 J/h.
Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra
Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh
Vậy lượng hơi nước cần thiết để đun sôi hỗn hợp ở đáy tháp là:
= 2323,46 kg/h

16

GVHD: Trần Thanh Giang


CHƯNG CẤT METHANOL-NƯỚC

Nhóm 10- 53TP1

3.Cân bằng nhiệt lƣợng thiết bị ngƣng tụ hoàn toàn:
Với Gn : lượng nước lạnh tiêu tốn, kg/h; t1= 30 oC, t2=45 oC là nhiệt độ vào và của
nước làm lạnh.Nhiệt ngưng tụ r= 1145634 J/kg.độ.
Vậy lượng nước làm lạnh tiêu tốn để ngưng tụ hoàn toàn sản phẩm đỉnh là:

=68968,43 kg/h
Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh:
Với cD=2785J/kg.độ là nhiệt dung riêng cảu sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ
là nhiệt độ đầu và cuối của sản phẩm đỉnh.
t1= 10 oC, t2= 30 oC là nhiệt độ đầu và cuối của nước làm lạnh.
cn= 4184,58 J/kg.độ là nhiệt dung riêng của nước ở 20 oC
Vậy lượng nước cần để làm lạnh sản phẩm đỉnh là:

kg/h

17

GVHD: Trần Thanh Giang


CHƯNG CẤT METHANOL-NƯỚC

Nhóm 10- 53TP1

CHƢƠNG 4

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
I.Đƣờng kính tháp:
1.Phần luyện:
1.1. Khối lƣợng riêng trung bình của pha lỏng trong phần luyện:
- Nồng độ phần mol trung bình của pha lỏng trong phần luyện:

- Nội suy từ đồ thị 1 ta được nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần
luyện

- Nồng độ phần khối lượng trung bình của pha lỏng trong luyện:
̅
̅

̅

- Tra bảng 1.249, trang 311, [1]
Khối lượng riêng của nước ở 70,3°C: ρN = 977,62 kg/m3

- Tra bảng 1.2, trang 9, [1]
Khối lượng riêng của Methanol ở 70,3°C: ρM = 745,7 kg/m3
- Áp dụng trong công thức (1.2), trang 5, [1]
̅

̅



18

GVHD: Trần Thanh Giang


CHƯNG CẤT METHANOL-NƯỚC

Nhóm 10- 53TP1

1.2. Khối lƣơng riêng trung bình của pha hơi trong phần luỵện:
- Nồng độ trung bình của pha hơi trong phần luyện:

-

Nhiệt độ trung bình của pha hơi trong phần luyện: THL = 71,5 °C

- Khối lượng mol trung bình của pha hơi trong phần luyện:

- Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần luyện:

- Chọn khoảng cách mâm

h= 250 mm

-

C = 0,028

Tra hình 2.2, trang 42,[6]:

- Vận tốc pha hơi đi trong phần luyện
√

√

- Lưu lượng pha hơi đi trong phần luyện của tháp:

- Đường kính đoạn luyện
√

√

19

GVHD: Trần Thanh Giang


CHƯNG CẤT METHANOL-NƯỚC

Nhóm 10- 53TP1

2.Phần chƣng:
2.1. Khối lƣợng riêng trung bình của pha lỏng trong phần chƣng:
- Nồng độ phần mol trung bình của pha lỏng trong phần chưng:

- Nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần chưng: TLC = 81,90C
- Nồng độ phần khối lượng trung bình của pha lỏng trong luyện:
̅

̅

̅

- Tra bảng 1.249, trang 311, [1]
Khối lượng riêng của nước ở 81,9°C: ρN = 970,58 kg/m3
- Tra bảng 1.2, trang 9, [1]
Khối lượng riêng của methanol ở 81,9°C: ρM = 732,91 kg/m3
- Áp dụng trong công thức (1.2), trang 5, [1]
̅

̅

2.2. Khối lƣợng riêng trung bình của pha hơi trong phần chƣng:
- Nồng độ trung bình của pha hơi trong phần chưng:

=> Nhiệt độ trung bình của pha hơi trong phần chưng:

- Khối lượng mol trung bình của pha hơi trong phần chưng:

- Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần chưng:
20

GVHD: Trần Thanh Giang


CHƯNG CẤT METHANOL-NƯỚC

Nhóm 10- 53TP1

- Chọn khoảng cách mâm h = 250 mm
- Tra hình 2,2, trang 42,[6]: C = 0,028
- Vận tốc pha hơi đi trong phần chưng:
√

√
- Lưu lương pha hơi đi trong tháp:

- Đường kính đoạn chưng:
√

√

Tra bảng IX.4a, trang 169, [2], ta chọn theo chuẩn D = 400 mm
Kết luận: Đường kính tháp là D = 0,4 m
- Vận tốc pha hơi trong tháp theo thực tế:

21

GVHD: Trần Thanh Giang

CHƯNG CẤT METHANOL-NƯỚC

Nhóm 10- 53TP1

II. Chiều cao tháp:
1. Số mâm lý thuyết:
Ta dựng đổ thị 2 đường làm việc vào trong đổ thị 2 (đồ thị cân bằng pha).

Đồ thị 3: Đồ thị xác định số mâm lý thuyết của tháp
Từ đồ thị 3 ở trên ta suy số mâm lý thuyết của tháp là Nlt = 11 mâm. Nhưng do ta
dùng thiết bị đun nóng gián tiếp nên ta xem thiết bị này như là 1 mâm lý thuyết.
Vậy số mâm trong tháp là 10 mâm, trong đó
+ Số mâm phần chưng là 4
+ Số mâm phần luyện là 6
22

GVHD: Trần Thanh Giang


CHƯNG CẤT METHANOL-NƯỚC

Nhóm 10- 53TP1

2. Xác định số mâm thực tế của tháp
2.1. Hiệu suất trung bình cửa tháp
* Vị trí đỉnh
- Nồng độ phần mol: xD=0,914
=> tsôi= 65,80C
y*= 0,972
- Độ bay hơi tương đối:

- Tra bảng 1.104, trang 95, [1]

=> Độ nhớt của nước µN = 0,432 cP

- Dùng toán đồ 1.18, trang 90, [1] => Độ nhớt của metanol µM = 0,325 cP
- Công thức (1.12), trang 84, [1]
- Độ nhớt của hỗn hợp lỏng: lgµhh=x1lgµ1 + x2lgµ2
Nên: lgµhh=0.914.lg0.325+(1-0.914).lg0.432= -0.479
=> µhh = 0.33 cP
=> αLµL = 3,266.0,33 = 1,078
- Tra hình IX, trang 171, [2] => E = 48,8%

* Vị trí nhập liệu
- Nồng độ phần mol: xF = 0,4
=>tsôi = 75,4°C
y* = 0,715
- Độ bay hơi tương đối:

23

GVHD: Trần Thanh Giang


CHƯNG CẤT METHANOL-NƯỚC

Nhóm 10- 53TP1

- Tra bảng 1.104, trang 95, [1 ] => Độ nhớt của nước µN = 0,378 cP
- Dùng toán đồ 1.18, trang 90, [1 ] => Độ nhớt của metanol µM = 0,27 cP

- Công thức (1.12), trang 84, [1]
- Độ nhớt của hỗn hợp lỏng: lgµhh=x1lgµ1 + x2lgµ2
Nên: lgµhh=0.4.lg0.27+(1-0.4).lg0.378= -0,481
=> µhh = 0.33 cP
=> αLµL = 3,763.0,33 = 1,24
Tra hình IX, trang 171, [2] => E = 45%

* Vị trí đáy
- Nồng độ phần mol: xW = 0,005
=>tsôi = 99,6°C
y* = 0,04
- Độ bay hơi tương đối:

=8,292

- Tra bảng 1.104, trang 95, [1 ] => Độ nhớt của nước µN = 0,285 cP
- Dùng toán đồ 1.18, trang 90, [1 ] => Độ nhớt của metanol µM = 0,125cP
- Công thức (1.12), trang 84, [1]
- Độ nhớt của hỗn hợp lỏng: lgµhh=x1lgµ1 + x2lgµ2
Nên: lgµhh=0.005.lg0.125+(1-0.005).lg0.285= -0.547
24

GVHD: Trần Thanh Giang


CHƯNG CẤT METHANOL-NƯỚC

Nhóm 10- 53TP1

=> µhh = 0.284 cP

=> αLµL = 8,292.0,284 = 2,354
Tra hình IX, trang 171, [2] => E = 40,9%

* Hiệu suất trung bình của tháp

%

2.2. Chiều cao tháp
- Số mâm thực tế của tháp
mâm
Trong đó

- Chiều cao toàn tháp: Sử dụng công thức IX.54, trang 169, [2]
Htháp = Ntt.(hmâm+δ)= 23.(0.25+ 0,002) + 0,8=6,596 m
- Chọn đáy (nắp) tiêu chuẩn có

suy ra ht = 0,25.D = 0,25.0,4 = 0,10 m

- Chọn chiều cao gờ: hg = 25 mm = 0,025 m
- Chiều cao đáy (nắp): Hđn=ht+hg= 0,1 + 0,025 = 0,125 m

Kết luận: Chiều cao toàn tháp: H = 6,846 m
25

GVHD: Trần Thanh Giang