CHƯNG LUYỆN THÁP ĐĨA LỖ CÓ ỐNG CHẢY TRUYỀN

Khoa Công nghệ Hóa. Lớp: Hóa 4 K7

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập- Tự do-Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
Họ và tên sinh viên : Nguyễn Thị Lan
Mã sinh viên

: 0741120304

Lớp

: ĐH Công Nghệ Hóa 4

Khóa

:7

Khoa

: Công nghệ Hóa

Giáo viên hướng dẫn: Cô Phan Thị Quyên

NỘI DUNG

I.

ĐẦU ĐỀ THIẾT KẾ.
Thiết kế và tính toán hệ thống chưng luyện liên tục Tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền làm

việc ở áp suất thường để phân tách hỗn hợp 2 cấu tử CS 2 và CCl4 (Cacbondisunfua và
Cacbontetraclorua)
Hỗn hợp đầu vào ở nhiệt độ sôi.
Tháp loại: Tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền.

II.

CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU.

• Năng suất tính theo hỗn hợp đầu: GF = 5,4 kg/s
• Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong:

Hỗn hợp đầu: aF= 30 % khối lượng
Sản phẩm đỉnh: aP= 97 % khối lượng
Sản phẩm đáy: aw=0,5 % khối lượng





TT
1
2

Tên bản vẽ

Vẽ dây chuyền sản xuất
Vẽ hệ thống tháp chưng luyện

Sinh viên: Nguyễn Thị Lan
Quyên
MSV: 0741120304

Khổ giấy
A4
A0

Số lượng
01
01

Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị
Page 1


Khoa Công nghệ Hóa. Lớp: Hóa 4 K7

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Nhận Xét Của Giáo Viên Hướng Dẫn
∗∗∗∗∗
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
Hà Nội, ngày … tháng … năm 2015
Người nhận xét

MỤC LỤC

Sinh viên: Nguyễn Thị Lan
Quyên
MSV: 0741120304

Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị
Page 2

Khoa Công nghệ Hóa. Lớp: Hóa 4 K7

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

LỜI MỞ ĐẦU
Trong thời kỳ đất nước đang trong quá trình phát triển theo hướng công nghiệp hóa,
hiện đại hóa đất nước thì nền công nghiệp của nước ta cũng phát triển mạnh kéo theo sự phát
triển của ngành sản xuất các hợp chất hóa học,bởi các hợp chất hóa học có ứng dụng vô cùng
quan trọng để các ngành khác phát triển.
Khi kinh tế phát triển, nhu cầu của con người ngày càng tăng. Do vậy các sản phẩm
cũng đòi hỏi cao hơn, đa dạng hơn, phong phú hơn, theo đó công nghệ sản xuất cũng phải
nâng cao. Trong công nghệ hóa học, việc sử dụng hóa chất có độ tinh khiết cao là yếu tố căn
bản tạo ra sản phẩm có chất lượng cao. Có nhiều phương pháp khác nhau để làm tăng nồng
độ, độ tinh khiết của sản phẩm tạo thành như: chưng cất, cô đặc, trích ly… Tùy vào tính chất
của hệ mà ta lựa chọn phương pháp thích hợp.Đối với hệ Cacbondisunfua CS 2 và
Cacbontetraclorua CCl4 là một trong những sản phẩm của ngành công nghiệp tổng hợp hữu
cơ. Chúng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hoá học nói chung cũng như công nghiệp
hữu cơ nói riêng như trong công nghiệp hoá dầu, dược phẩm, phẩm nhuộm,… Thông thường
trong công nghiệp hữu cơ, CS2 và CCl4 ở dạng hỗn hợp nên muốn sử dụng chúng người ta cần
thiết phải tách riêng biệt chúng. Để thực hiện điều này, người ta có thể tiến hành chưng luyện
hỗn hợp trong các tháp chưng luyện liên tục hoặc gián đoạn.
Để bước đầu làm quen với công việc của một kỹ sư hóa chất là thiết kế một thiết bị hay
hệ thống thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất,em được nhận đồ án môn học: “Quá trình
và thiết bị Công nghệ Hóa học”.Việc thực hiện đồ án này là điều rất có ích cho mỗi sinh
viên trong việc từng bước tiếp cận với thực tiễn sau khi đã hoàn thành khối lượng kiến thức
của giáo trình “Cơ sở các quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa học”. Trên cơ sở lượng kiến
thức đó kết hợp với kiến thức của một số môn khoa học khác có liên quan,mỗi sinh viên sẽ tự
thiết kế một thiết bị, hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ kĩ thuật có giới hạn trong quá
trình công nghệ.Qua việc làm đồ án môn học này, mỗi sinh viên phải biết cách sử dụng tài
liệu trong việc tra cứu,vận dụng đúng những kiến thức,quy định trong tính toán và thiết kế,tự

nâng cao kĩ năng trình bày bản thiết kế theo văn bản khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách
có hệ thống.

Sinh viên: Nguyễn Thị Lan
Quyên
MSV: 0741120304

Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị
Page 3


Khoa Công nghệ Hóa. Lớp: Hóa 4 K7

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG
I LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN
1. Phương pháp chưng luyện.
Chưng luyện là một phương pháp chưng cất nhằm để phân tách một hỗn hợp lỏng hay
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 chưng 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 như: sản xuất rượu, tách hỗn hợp dầu
mỏ, tài nguyên, sản xuất metanol, propylen….
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 có ống chảy truyền, tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền,
tháp đệm… Trong đồ án này em được giao thiết kế tháp chưng luyện liên tục tháp đĩa lỗ có
ống chảy truyền để phân tách 2 cấu tử CS 2 và CCl4, chế độ làm việc ở áp suất thường và hỗn

hợp đầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi.
 Các phương pháp chưng cất.

-

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, 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.
Sinh viên: Nguyễn Thị Lan
Quyên
MSV: 0741120304

Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị
Page 4


Khoa Công nghệ Hóa. Lớp: Hóa 4 K7

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

2. Thiết bị chưng luyện
Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp khác nhau nhưng 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
Tháp chưng cất rất phong phú về kích cỡ và ứng dụng các tháp lớn thường được sử
dụng trong công nghệ lọc hóa dầu, đường kính tháp phụ thuộc lượng 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 cấu
tạo ta có các loại tháp đĩa:
 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 có ống chảy truyền có những ưu điểm khắc phục được nhiều nhược
điểm của các loại tháp khác như:
Với cùng một chức năng, tổng khối lượng tháp đĩa thường nhỏ hơn tháp đệm do
tháp đĩa có bề mặt tiếp xúc pha lớn và hiệu xuất làm việc cao.
Tháp đĩa thích hợp trong trường hợp có số đĩa lý thuyết hoặc số đơn vị truyền khối
lớn.
Cấu tạo đơn giản, dễ vệ sinh, sửa chữa, làm sạch.
Trở lực thiết bị không lớn
Làm việc được với chất lỏng bẩn, khí bẩn, vận tốc khí lớn
Chính nhờ những ưu điểm trên mà tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền được sử dụng để
phân tách hỗn hợp 2 cấu tử CS2 và CCl4 trong trường hợp này.

Sinh viên: Nguyễn Thị Lan
Quyên
MSV: 0741120304

Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị
Page 5


Khoa Công nghệ Hóa. Lớp: Hóa 4 K7

III.

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG LUYỆN

1 Cacbondisunfua CS2
- Tên khác: Disunfua cacbon, Dithiocacbonic anhidrit, Cacbon bisunfua, Bisunfua cacbon
- CTPT: S = C = S
- Phân tử khối: 76 kg/kmol
a. Tính chất vật lý và ứng dụng
- Tỷ trọng: 1,261g/cm3
- Điểm nóng chảy: -110,8℃
- Độ hòa tan trong nước: 0,29g/100 ml nước(20℃)
- Nhiệt độ sôi: 46,3℃
- Là một chất lỏng không màu dễ bay hơi.
-

Hợp chất này là một chất không phân cực, thường được sử dụng làm nguyên liệu trong tổng
hợp hóa hữu cơ ở cả cấp công nghiệp, làm dung môi cho các chất không phân cực như brom,
iot, cao su, nhựa…
- Nó có mùi giống ete
- CS2 rất độc nên được làm thuốc trừ sâu trong nông nghiệp.
b. Tính chất hóa học
- Các chất ái lực hạt nhân như các amin tạo ra các dithiocacbamat

2R2NH + CS2 → [R2NH2+][R2NCS2−]
- Các xanthat tạo thành một cách tương tự từ các alkoxit

RONa + CS2 → [Na+][ROCS2−]
Phản ứng này là nền tảng của sản xuất xenluloza tái sinh, thành phần chính của viscoza,
rayon và xenlophan. Cả xanthat và thioxanthat tương ứng (sinh ra từ xử lý CS 2 với các
thiolat natri) đều được sử dụng như là tác nhân tách đãi trong chế biến, xử lý khoáng vật.
- Sunfua natri tạo ra trithiocacbonat:

Na2S + CS2 → [Na+]2[CS32−]
- Clo hóa CS2 tạo cacbontetraclorua

CS2 + Cl2 → CCl4 + S2Cl2

Sinh viên: Nguyễn Thị Lan
Quyên
MSV: 0741120304

Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị
Page 6


Khoa Công nghệ Hóa. Lớp: Hóa 4 K7

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

3. Cacbontetraclorua CCl4
- Tên khác: Tetraclometan, Benifom, Cacbon clorua, Metan tetraclorua, Peclometan,
Cacbon tet, Tetrafom.
- CTCT:

a

Tính chất vật lývà ứng dụng

- Tỷ trọng: 1,5842g/cm3 chất lỏng

1,831g/cm3 ở -186℃ rắn

1,809 g/cm3 ở -80℃ rắn
-

Điểm nóng chảy: -22,92°C (250oK)
Độ hòa tan: 785 - 800 mg/l ở 25°C
Điểm sôi: 76,72℃
CCl4 là chất lỏng, không màu, dễ bay hơi, tạo ra hơi có mùi đặc trưng như dung môi clo

hóa khác.
- Là chất không phân cực nên sử dụng làm dung môi tốt cho các chất không phân cực khác
như chất béo, dầu mỡ.
- CCl4 trên thực tế không cháy ở nhiệt độ thấp. Ở nhiệt độ cao trong không khí, nó tạo
photgen CCl2O độc hại.
- Là chất không bắt cháy, dùng làm chất dập lửa, làm lạnh
- Là 1 trong những chất độc mạnh nhất đối với gan và sử dụng trong nghiên cứu khoa học

để đánh giá chất bảo vệ gan
c. Tính chất hóa học
CCl4 không tham gia trực tiếp các phản ứng hóa học mà chỉ là dung môi cho các chất
không phân cực trong các phản ứng hóa học.
Phản ứng quan trọng nhất là:
Khi cho toluen vào trong Br2/CCl4 thì brom sẽ thế vào vị trí o-, p- của vòng, và chỉ thế 1
nguyên tử H, khác với dungdịch Br2 trong H2O là dung môi phân cực nên khi phản ứng với
toluen sẽ thế 1 lần vào 3 vị trí o- và p- tạo thành dẫn xuất tribrom.
Sinh viên: Nguyễn Thị Lan
Quyên
MSV: 0741120304

Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị
Page 7

Khoa Công nghệ Hóa. Lớp: Hóa 4 K7

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Đó chính là điểm khác biệt cơ bản giữa Br2/H2O và Br2/CCl4 khi phản ứng với toluen
hay phenol
C6H5CH3 + Br2(CCl4) → Br-C6H4-CH3 + HCl
C6H5CH3 + Br2(H2O) →Br3-C6H2-CH3 + HCl
Với phenol (không có mạch nhánh, chỉ giống toluen ở OH là nhóm đẩy e, làm vòng dễ thế
hơn):
C6H5OH + Br2(CCl4) →Br-C6H4-OH + HCl
C6H5OH + Br2(H2O) → Br3-C6H2-OH + HCl
(nếu Br2 dư còn pư tiếp theo pư cộng nữa nhưng thường chỉ xét pư này)
Thông thường người ta thường điều chế CCl 4 bằng clo hóa CS2 nên việc phân tách
hai cấu tử này rất quan trọng và có ý nghĩa lớn trong thực tế. Đây là hỗn hợp hai cấu tử
ở dạng lỏng tan lẫn vào nhau và có nhiệt độ sôi cách xa nhau. CS 2 dễ bay hơi hơn CCl4
nên bằng phương pháp chưng luyện này ta sẽ thu được nồng độ sản phẩm đỉnh giàu CS 2
và nồng độ sản phẩm đáy giàu CCl4

Sinh viên: Nguyễn Thị Lan
Quyên
MSV: 0741120304

Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị
Page 8


Khoa Công nghệ Hóa. Lớp: Hóa 4 K7

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

IV. VẼ VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ
1 Dây chuyền sản xuất

Hình 1.1. Sơ đồ dây chuyền công nghê chưng luyện liên tục

Chú thích:
1.Thùng chứa hỗn hợp đầu

6.Thiết bị ngưng tụ

2.Bơm

7.Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh

3.Thùng cao vị

8.Thùng chứa sản phẩm đỉnh

4.Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu

9.Thiết bị gia nhiệt sản phẩm đáy

Sinh viên: Nguyễn Thị Lan
Quyên
MSV: 0741120304

Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị

Page 9


Khoa Công nghệ Hóa. Lớp: Hóa 4 K7

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

5.Tháp chưng luyện

10.Thùng chứa sản phẩm đáy

4. Nguyênlí hoạt động
Hỗn hợp CS2 và CCl4 từ thùng chứa ban đầu (1) được bơm lên thùng cao vị bằng bơm
(2). Chất lỏng trên thùng cao vị nếu vượt quá mức quy định thì sẽ được cho chảy trở lại thùng
chứa (1) đầy thùng chứa. Hỗn hợp CS2 – CCl4 từ thùng cao vị sẽ đi qua thiết gia nhiệt hỗn
hợp đầu. Ở đây hỗn hợp đầu được đun nóng đến nhiệt độ sôi bằng hơi nước bão hòa sau đó đi
vào tháp chưng luyện (5) tại đĩa tiếp liệu.
Trong tháp chưng luyện hơi đi từ dưới lên và lỏng đi từ trên xuống, khi lỏng và hơi tiếp
xúc với nhau thì quá trình chuyển khối xảy ra trong thiết bị. Theo chiều cao tháp thì càng lên
cao nhiệt độ càng giảm nên khi hơi đi từ dưới lên cấu tử CCl4 có nhiệt độ sôi cao hơn sẽ
ngưng tụ lại thành lỏng đi xuống phía đáy tháp đồng thời nhiệt tỏa ra khi ngưng tụ sẽ giúp
làm bay hơi CS2. Hơi ở đỉnh tháp chứa một ít CCl4 đi qua thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh
(6) ngưng tụ thành lỏng và nhờ thiết bị phân chia dòng thì một phần sản đỉnh được hồi lưu trở
lại tháp để tăng độ tinh khiết của sản phẩm đỉnh. Phần còn lại nồng độ đạt yêu cầu được đưa
qua thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh đến nhiệt độ thường trước khi đi vào thiết bị chứa sản
phẩm đỉnh (8). Hỗn hợp sản phẩm lỏng ở đáy tháp một phần cũng được hồi lưu trở lại, được
đun bốc hơi nhờ thiết bị (9) và đi vào đáy thiết bị chưng luyện. Phần còn lại được đưa vào
thiết bị chứa sản phẩm đáy (10). Do đó hơi đi lên từ đáy tháp chứa chủ yếu là CS2 và ở đáy
tháp là hỗn hợp giàu CCl4.Tháp chưng luyện làm việc ở chế độ liên tục, hỗn hợp đầu vào và
sản phẩm được cung cấp và lấy ra liên tục.

Sinh viên: Nguyễn Thị Lan
Quyên
MSV: 0741120304

Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị
Page 10


Khoa Công nghệ Hóa. Lớp: Hóa 4 K7

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

PHẦN III : TÍNH TOÁN KỸ THUẬT THÁP CHƯNG.
I TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU
1 Hệ cân bằng phương trình vật liệu

Sơ đồ
hệ thống tháp chưng luyện
-

Phương trình cân bằng vật liệu chung cho toàn tháp
GF = GP + GW (IX.16 – 2. trang 144) (công thức IX.16 tài liệu tham khảo 2 trang 144)

-

Đối với cấu tử dễ bay hơi
GF aF = GP aP + GW aw (IX.17– 2. trang 144)

-

Lượng sản phẩm đỉnh là:

GP = G F

(IX.18– 2. trang 144)

Theo đề bài thì : GF = 5,4 kg/s
aF = 30 (% khối lượng) = 0,3 (phần khối lượng)
aP = 97 (% khối lượng) = 0,97 (phần khối lượng)
aw = 0,5 (% khối lượng) = 0,005 (phần khối lượng)
Vậy ta có GP = 5,4

= 1,65 kg/s

Lượng sản phẩm đáy là: GW= GF – GP = 5,4 – 1,65 = 3,75 kg/s
Sinh viên: Nguyễn Thị Lan
Quyên
MSV: 0741120304

Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị
Page 11


Khoa Công nghệ Hóa. Lớp: Hóa 4 K7

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

5. Chuyển đổi nồng độ
Chuyển đổi nồng độ phần khối lượng sang nồng độ phần mol

Áp dụng công thức :
Trong đó: aA, aB : là nồng độ phần khối lượng của CS2 và CCl4
MA, MB : là khối lượng mol phân tử của CS2 và CCl4
Với MA=MCS2 = 76 kg/kmol; MB = MCCl4 = 154 kg/kmol.
Thay số liệu vào ta có:
 aF= 0,3phần khối lượng

xF =

= 0,46 kmol/kmol hỗn hợp đầu.

 aP= 0,97 phần khối lượng

xP =

= 0,98 kmol/kmol sản phẩm đỉnh.
 aw = 0,005 phần khối lượng

xw =

= 0,01 kmol/kmol sản phẩm đáy

Ta có khối lượng mol trung bình trong pha lỏng theo công thức sau :
M = x MA + ( 1- x)MB.
⇒MF = xF MA+ (1- xF)MB = 0,46*76 +(1–0,46)*154 = 118,12 (kg/kmol)
MP = xPMA + ( 1- xP )MB= 0,98*76 + ( 1- 0,98 )*154 = 77,56 (kg/kmol)
Mw = xwMA + ( 1- xw )MB= 0,01*76 + ( 1- 0,01 )*154= 153,22 (kg/kmol).
Vậy F = 5,4 kg/s =
Sinh viên: Nguyễn Thị Lan

Quyên
MSV: 0741120304

= 0,046 (kmol/s)
Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị
Page 12


Khoa Công nghệ Hóa. Lớp: Hóa 4 K7

P = 1,65 kg/s =

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

=0,021(kmol/s)

W = 3,75 kg/s =

= 0,025(kmol/s)

V. TÍNH CHỈ SỐ HỒI LƯU THÍCH HỢP:
1 Tìm chỉ số hồi lưu tối thiểu của tháp chưng luyện (Rmin)
BẢNG 1: Bảng thành phần cân bằng lỏng hơi của 2 cấu tử CS2 - CCl4 (IX.2a – 2.trang 149)
x
y
t

0
0
76,7

5
13,2
13,7

10
24
71

20
42,3
66

30
54,4
62,3

40
64,5
59

50
72,6
56,1

60
79,1
53,7

70

84,8
51,6

80
90,1
49,6

90
95
47,9

100
100
46,3

Nội suy từ bảng số liệu ta có xF = 0,46 phần mol
⇒yF* = 0,6936 phần mol
⇒Rmin =

=

= 1,23 (IX.24 – 2.trang 158)

6. Tìm chỉ số hồi lưuthích hợp Rth
Chỉ số hồi lưu thích hợp Rth = bRmin = (1,2 ÷ 2,5) Rmin (IX.25 – 2. trang 158)
Rth : Chỉ số hồi lưu thích hợp được tính theo tiêu chuẩn thể tích tháp nhỏ nhất.
Chỉ số hồi lưu càng lớn thì lượng nhiệt tiêu thụ ở đáy tháp càng nhiều, vì phải làm bay
hơi lượng hồi lưu này. Mặt khác số đĩa lý thuyết của tháp giảm cùng sự tăng của chỉ số hồi
lưu thì sẽ tăng chi phí chế tạo tháp mặc dù có giảm chi phí làm việc. Vì vậy cần tiếp cận giá
trị thích hợp của chỉ số hồi lưu. Bằng phương pháp đồ thị dựa vào quan hệ giữa chỉ số hồi lưu

và số đĩa lý thuyết để xác định chỉ số hồi lưu thích hợp. Để xác định chỉ số hồi lưu thích hợp
ta dùng quan hệ NR = f(R).
Giá trị cực tiểu của đồ thị cho ta R th vì tại đó thiết bị có kích thước bé nhất nhưng vẫn
đảm bảo chế độ làm việc (3. trang 83)

Sinh viên: Nguyễn Thị Lan
Quyên
MSV: 0741120304

Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị
Page 13


Khoa Công nghệ Hóa. Lớp: Hóa 4 K7

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Từ những bản vẽ số đĩa lý thuyết trên , ta thu được bảng số liệu sau:
b
R
B=

Nlt
Nlt(R+1)

1,2
1,476

1,4
1,722

1,6
1,968

1,8
2,214

2,0
2,46

2,2
2,706

2,4
2,952

2,5
3,075

0,396

0,36

0,33

0,305

0,283

0,264

0,248

0,24

22
54,472

18
48,996

15
44,52

15
48,21

14
48,44

14
5,.884

13
51,376

13
52,975

Lập đồ thị quan hệ giữa Rx – Nlt(Rx + 1)

N(R+1)

44.52

R

0

1.968

Qua đó ta thấy với Rx = 1,968 thì Nlt (Rx+1) là nhỏ nhất = 44,52hay thể tích tháp nhỏ
nhất. Vậy Rth = 1,968, Nlt = 15 đĩa.

7. Phương trình đường nồng độ làm việc :
Lượng hỗn hợp đầu trên một đơn vị sản phẩm đỉnh :
f=
a

= 2,19

Phương trình đườngnồng độ làm việc của đoạn luyện:
y=

-

=

(IX.20 – 2. trang 145).

y : Nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi đi từ dưới lên.

x : Nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng chảy từ đĩa xuống.
Sinh viên: Nguyễn Thị Lan
Quyên
MSV: 0741120304

Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị
Page 14


Khoa Công nghệ Hóa. Lớp: Hóa 4 K7
-

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Rth : Chỉ số hồi lưu thích hợp.
Thay số liệu vào ta được:
y=

=0,663x + 0,33

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

(IX.23 – 2. trang 158)
= 1,4x – 0,004

VI.

TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP CHƯNG LUYỆN

Đường kính tháp chưng luyện đĩa lỗcó ống chảy truyền được tính theo công thức sau

D=
-

(m) (IX.89 – 2. trang 181)

Vtb: lượng hơi trung bình trong tháp (m3/s)
y : vận tốc hơi (m/s)
: Khối lượng riêng trung bình của lỏng ( kg/m3)
gtb: Lượng hơi trung bình đi trong tháp(kg/s)
Vì lượng hơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao của tháp và khác nhau trong mỗi
đoạn nên ta phải tính lượng hơi trung bình cho từng đoạn.

1 Đường kính đoạn luyện :
a

Xác định lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện :

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện tính gần đúng bằng trung bình cộng của lượng hơi
đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp và lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện :

gtb =
-

(kg/s ) ( IX.91- 2. trang 181).

gd : Lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (kg/s).
g1 : Lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của tháp (kg/s).

gtb : Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện (kg/s).


Lượng hơi đi ra khỏi đỉnh tháp :
gd = GR + GP = GP ( Rx+1 ) ( IX.92 –2. trang 181) .

Sinh viên: Nguyễn Thị Lan
Quyên
MSV: 0741120304

Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị
Page 15


Khoa Công nghệ Hóa. Lớp: Hóa 4 K7
-

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

GP : Lượng sản phẩm đỉnh (kg/s) = 1,65 kg/s
GR: Lượng chất lỏng hồi lưu (kg/s) = GPR = 1,65*1,968 = 3,2472 kg/s
Thay số vào ta có : gd = 1,65*(1,968 +1) = 4,8972(kg/s).


Lượng hơi đi vào đoạn luyên:(hệ phương trình tính theo phần khối lượng)

lượng hơi g1, hàm lượng hơi y1 và lượng lỏng G1 đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện, xác
định theo phương trình cân bằng vật liệu và nhiệt lượng:

(*)(IX.93,94,95- 2. trang 182)

Trong đó :
-

y1 : Hàm lượng hơi đi vào đĩa 1 của đoạn luyện (phần khối lượng)
G1 : Lượng lỏng đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện(kg/s)
r1 : Ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa 1(kJ/kg)
rd : Ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi ra khỏi đỉnh tháp(kJ/kg)
 x1 = xF = 0,46 phần mol= 0,3 phần khối lượng,
 yd = xP =0,98 phần mol= 0,97 phần khối lượng.
mà r1 = rCS2* y1 + (1- y1)* rCCl4
rCCl4, rCS2: Ẩn nhiệt hóa hơi của các cấu tử nguyên chất CCl4 và CS2 ở nhiệt độ ở t01 = t0F.
Từ x1= xF = 0,46 dựa vào BẢNG1 dùng công thức nội suy ta đượct01 = t0F = 57,260C

•

Với t01 = 57,260C nội suy theo Bảng I.212 – 1. trang 254ta được:
rCCl4 =51+
rCS2 =87,6 +

(57,26 - 20) =48,39 (kcal/kg) = 202,55 (kJ/kg)
(57,26 - 20) = 82,57 (kcal/kg) = 345,62 (kJ/kg)

Thay vào r1 ta được
r1 = 345,62y1+(1-y1)202,55= 202,55 +143,07y1(kJ/kg)
rd = rCS2*yd + (1- yd )*rCCl4
 rCCl4, rCS2: ẩn nhiệt hoá hơi của các cấu tử nguyên chất là CCl 4 và CS2ở t02 = t0p
Từ xp = 0,98 dựa vào BẢNG 1 dùng công thức nội suy ta được: t20 = t0p = 46,620C.
 yd: hàm lượng hơi đi ra khỏi đỉnh tháp phần khối lượng
yd= xp = 0,98 (phần mol) = 0,97 (phần khối lượng)
•

Với t02 = tP = 46,620C nội suy theo Bảng I.212 – 1. trang 254ta được:
Sinh viên: Nguyễn Thị Lan
Quyên
MSV: 0741120304

Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị
Page 16


Khoa Công nghệ Hóa. Lớp: Hóa 4 K7

rCCl4 = 51+

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

(46,62 - 20) = 49,14 (kcal/kg) = 205,69 (kJ/kg)

rCS2= 87,6 +

(46,62 – 20) = 84 (kcal/kg) = 351,61 (kJ/kg)

Thay vào phương trình rd ta được :
rd =351,61yd +205,69 (1-yd)=351,61*0,97+(1 – 0,97)*205,69 =347,23 (kJ/kg)
Thay các giá trị vào hệ (*) ta được :

Giải hệ ta được kết quả sau:

Thay y1 = 0,476 phần khối lượngvào r1 ta được :
r1= 202,55 +143,07y1 = 202,55 + 143,07 * 0,476 = 270,65 (kJ/kg)

Vậy lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện là :

gtbL =

=

= 5,5886 kg/s

Lượng lỏng trung bình trong đoạn luyện là :
GtbL =

= 3,94 kg/s

e. Tính khối lượng riêng trung bình của đoạn luyện


Đối với pha hơi :

kg/m3[IX.102 – 2. trang 183]
Trong đó:


(tytb +273 ): nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn luyện, 0K.



ytbA, (1- ytbA) : Nồng độ phần mol của hơi CS 2và CCl4trong đoạn luyện lấy theo giá

trị trung bình.
Sinh viên: Nguyễn Thị Lan

Quyên
MSV: 0741120304

Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị
Page 17


Khoa Công nghệ Hóa. Lớp: Hóa 4 K7

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Nồng độ của CS2 lấy theo gia trị trung bình là : ytbA =
•

[2. trang 183]

Với yđ1 và yc1 : nồng độ làm việc giữa đĩa tiếp liệu và đỉnh, phần mol.



= xp = 0,98 phần mol



= y1 = 0,476 phần khối lượng.

Đổi y1 sang nồng độ phần mol : y1 =
Thay số vào ta được :

y1 =

⇒ytbA =

= 0,648 (phần mol)

=

= 0,814 (phần mol)

Với ytbA = 0,814 phần mol. Nội suy từ số liệu trong Bảng 1 ta tìm được nhiệt độ trung bình
của pha hơi: tytb = 52,85°C
Khối lượng riêng của pha hơi:
ρ

*273=

*273= 3,385

kg/m3
Pha lỏng:



[IX.104a - 2. trang 183]
: Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng (kg/m3)
,

xA

xB

: Khối lượng riêng trung bình lỏng của CS2 và CCl4 (kg/m3)

atbA : Phần khối lượng trung bình cấu tử CS2 trong pha lỏng
Ta có: atbA=

Sinh viên: Nguyễn Thị Lan
Quyên
MSV: 0741120304

= 0,635 (phần khối lượng)

Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị
Page 18


Khoa Công nghệ Hóa. Lớp: Hóa 4 K7

xtbA=

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

= 0,72 (phần mol)

: nhiệt độ trung bình của đoạn luyện theo pha lỏng. Với xtbL= 0,72 phần mol.
Dựa vào BẢNG 1 và dùng công thức nội suy ta được: toxtb = 51,20C.
•

Với t0 = 51,20C. Nội suy từ số liệu trong Bảng I.2 – 1. trang 9 ta được:
ρxtbCS2 = 1233 +

(51,2 – 40)= 1214,52 kg/m3

ρxtbCCl4 = 1556 +

(51,2 – 40) =1534,16 kg/m3

Vậy khối lượng riêng trung bình của lỏng trong đoạn luyện là:

= 7,61*10-4
⇒ρxtb = 1314,06 kg/m3
f. Tính độ nhớt trung bình
Độ nhớt của pha lỏng ở t = 51,2oC. Nội suy theo Bảng I.101 – 1. trang 92 ta được:
(51,2 – 50) =0,2676*10-3N.s/m2

=

(51,2 – 50) = 0,6428*10-3N.s/m2

= 0,65 +

Vậy độ nhớt của pha lỏng tính theo nhiệt độ trung bình là
lgµhh = xtblgµCS2+ (1 - xtb)lgµCCl4[I.12 - I.84]
⇒lgµhh = 0,72lg(0,2676*10-3) + (1 – 0,72)lg(0,6428*10-3)
µhh = µx = 0,342*10-3 Ns/m2
g. Tốc độ hơi đi trong tháp :
Tốc độ giới hạn trên tính theo công thức :

(IX.111 – 2.trang 186)
Trong đó: ωgh: tốc độ giới hạn trên (m/s)
ρx: khối lượng riêng pha lỏng (kg/m3)

Sinh viên: Nguyễn Thị Lan
Quyên
MSV: 0741120304

Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị
Page 19


Khoa Công nghệ Hóa. Lớp: Hóa 4 K7

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ρy: khối lượng riêng pha hơi (kg/m3)
Tốc độ hơi trong đoạn luyện:

ω=

=0,985(m/s)

Để tránh tạo bọt ta lấy tốc độ làm việc khoảng (80÷90%)ωgh
Ta lấy 80% ⇒ ωlv = 0,8*0,985 = 0,788 (m/s)
h. Đường kính đoạn luyện
Lượng hơi trung bình trong đoạn luyện là gtbL = 5,5886 (kg/s)
= 0,788 m/s, ρy=3,385 kg/m3

= 1,63 m
Quy chuẩn đường kính đoạn luyện là 1,6 m
Thử lại điều kiện : Ta có :

DL= 1,6 =

⇒
= 0,833 thỏa mãn ∊ (0,8 ÷ 0,9)

⇒ Tốc độ hơi thực tế đi trong tháp là:

0,821 m/s

Vậy đường kính đoạn luyện 1,6 m là phù hợp điều kiện.

8. Đường kính đoạn chưng.
a

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng.

Được xác định gần đúng bằng trung bình cộng của lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng và đi vào
đoạn luyện
[IX.96 – 2. trang 182]
Trong đó:
 g’n: lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng, kg/s
 g’1: lượng hơi đi vào đoạn chưng, kg/s.

Vì lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện g’ n=g1 nên
Sinh viên: Nguyễn Thị Lan
Quyên
MSV: 0741120304

Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị
Page 20

Khoa Công nghệ Hóa. Lớp: Hóa 4 K7

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Lượng hơi đi vào đoạn chưng g’1, lượng lỏng G’1 và hàm lượng lỏng x’1 được xác định
theo hệ phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng sau :

(IX.98,99,100 – 2.trang 182)
Trong đó:
 r’1: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng.
 r1: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa trên cùng của đoạn chưng.

Ta có: W = 3,75 kg/s
xw = 0,01 phần mol tương ứng với 0,005 phần khối lượng
y’1 = yw xác định theo đường cân bằng.
Bỏ qua giá trị x-y-t = 5-13,2-13,7, ta có:
Với xw= 0,01 phần moldựa vào BẢNG 1 nội suy ta có yw = 0,024 phần mol.
Đổi y’1 = yw = 0,024 phần mol ra phần khối lượng ta có:

= 0,012 phần khối lượng
Theo phần trên đã tính ta có:
r1= 270,65 (kJ/kg)
g1= 6,28 (kg/s)
r’1 = rCS2 y’1 + (1- y’1)rCCl4[2. trang 182]
Với rCS2, rCCl4: ẩn nhiệt hoá hơi của CS2 và CCl4 ở t0 = tw0. Với xw = 0,01(phần mol)
dựa vào BẢNG 1 và sử dụng công thức nội suy ta được tw0 = 76,130C.
Từ t0 =tw0 =76,130C,nội suy theo Bảng I.212 – 1. trang 254 ta được:
rCS2 = 82,2 +
rCCl4 = 48,2 +

(76,13 – 60) =79,5 kcal/kg = 332,77 kJ/kg
(76,13 – 60) = 46,63 kcal/kg = 195,18 kJ/kg

⇒ r’1 = 332,77*0,012 + (1 – 0,012)*195,18 = 196,83 (kJ/kg)
Sinh viên: Nguyễn Thị Lan
Quyên
MSV: 0741120304

Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị
Page 21


Khoa Công nghệ Hóa. Lớp: Hóa 4 K7

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Thay vào hệ phương trình trên ta được:

Giải hệ phương trình trên ta được:

Vậy lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng là
= 7,46 kg/s
Lượng hơi trung bình trong đoạn chưng là
GtbC =

= 10,16 kg/s

i. Tính khối lượng riêng trung bình của đoạn chưng


Đối với pha hơi :

kg/m3 [IX.102 – 2. trang 183]
Trong đó:
 (tytb +273 ): nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn chưng, oK.
 ytbA, (1- ytbA): Nồng độ phần mol của hơi CS2 và CCl4 trong đoạn luyện lấy theo giá trị
trung bình.

Nồng độ của CS2 lấy theo giá trị trung bình là : ytbA =
•

[2. trang 183]

Với yđ1 và yc1 : nồng độ làm việc giữa đĩa tiếp liệu và đáy tháp, phần mol.



= yw = 0,024 phần mol



= y1 = 0,476 phần khối lượng = 0,648 (phần mol)
→ ytbC =

=

Sinh viên: Nguyễn Thị Lan
Quyên
MSV: 0741120304

= 0,336 (phần mol)

Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị
Page 22


Khoa Công nghệ Hóa. Lớp: Hóa 4 K7

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Với ytbC = 0,336 phần mol. Nội suy từ số liệu trong Bảng 1 ta tìm được nhiệt độ trung
bình của pha hơi: tytb = 63,488°C
Khối lượng riêng của pha hơi:
ρ

*273=

*273=

(kg/m3)

Pha lỏng:



[IX.104a - 2. trang 183]
: Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng (kg/ m3)
,

xA

xB

: Khối lượng riêng lỏng của CS2 và CCl4 (kg/m3)

atbA: Phần khối lượng trung bình cấu tử CS2
Ta có: atbC=

=

xtbC=

= 0,1525 phần khối lượng
= 0,235phần mol

: nhiệt độ trung bình của đoạn chưng theo pha lỏng. Với xtbC= 0,235 phần mol.
Dựa vào BẢNG 1 và dùng công thức nội suy ta được: toxtb = 64,450C.
•

Với t0 = 64,450C. Nội suy từ số liệu trong Bảng I.2 – 1. trang 9 ta được:
ρxtbCS2 = 1200 +

(64,45 – 60)= 1192,2 kg/m3

ρxtbCCl4 = 1517 +

(64,45 – 40) = 1506,8 kg/m3

Vậy khối lượng riêng trung bình của lỏng trong đoạn luyện là:

= 6,91*10-4
⇒ρxtb = 1447,22 kg/m3
Sinh viên: Nguyễn Thị Lan
Quyên
MSV: 0741120304

Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị
Page 23

4,63


Khoa Công nghệ Hóa. Lớp: Hóa 4 K7

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

j. Tốc độ hơi trong đoạn chưng:

= 0,884 (m/s)
Để tránh tạo bọt ta lấy tốc độ làm việc khoảng (80÷90%)ωgh
Ta lấy 80% ⇒ωlv = 0,8 * 0,884 = 0,707(m/s)
k. Đường kính đoạn chưng là :

= 1,7 m
Quy chuẩn đường kính đoạn chưng là 1,6m
Thử lại điều kiện:

Ta có: DC= 1,6=
⇒

= 0,8 m/s⇒

(0,8 ÷ 0,9)ωgh

Tốc độ hơi thực tế đi trong tháp là:

0,8 m/s

Vậy đường kính đoạn chưng 1,6 m là phù hợp điều kiện.

Kết luận: Chọn đường kính của toàn tháp là : Dt = 1,6(m).
Khi đó tốc độ làm việc thực ở :
+ Phần luyện: ωlv =0,821 (m/s).
+ Phần chưng:ω’lv= 0,8 (m/s).

VII.

TÍNH CHIỀU CAO THÁP

1 Hệ số khuếch tán
a


Hệ số khuếch tán trong pha lỏng (Dx)
Hệ số khuếch tán trong pha lỏng ở 200C:

=

(m/s) (VIII.14 - 2. trang 133)

Trong đó:
Sinh viên: Nguyễn Thị Lan
Quyên
MSV: 0741120304

Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị
Page 24


Khoa Công nghệ Hóa. Lớp: Hóa 4 K7

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

A, B: Hệ số liên hợp kể đến ảnh hưởng của CS 2 và CCl4. Tra bảng VIII.6 và VIII.7- 2.
trang 133 ta được A=1, B = 0,94
V, V : Thể tích mol của CS2 và CCl4 (cm/mol)
Tra bảng VIII.2 –2.trang 127, ta có thể tích nguyên tử của :
C = 14,8; Cl = 24,6; S = 25,6 (cm3/nguyên tử)
Công thức phân tử cacbon disunfua là CS2, của cacbon tetraclorua là CCl4
⇒ VA = 14,8 + 2*25,6 = 66 cm3/mol
VB = 14,8 + 4*24,6 =113,2 cm3/mol

= 1,92*10-9 (m2/s)

=
•

Hệ số khuếch tán ở nhiệt độ xác định t:
(VIII.15 – 2. trang 134)

Với b: là hệ số nhiệt độ(lấy ở 20

C): b =

độ nhớt của dung môi là CCl4 ở 20

C

Khối lượng riêng của dung môi ở 20
Do đó:

C

=0,97*10-3N.s/m2 = 0,97 cP (bảng I.101 – 1.trang 92)
= 1594 (kg/m
⇒b=

) (bảng I.2 – 1.trang 9)
= 0,0169

⇒ Hệ số khuếch tán trong pha lỏng đoạn chưng: txtbC = 64,450C
DtC= 1,92*10-9*[1+0,0169(64,45-20)] = 3,36*10-9(m2/s)
⇒hệ số khuếch tán trong pha lỏng đoạn luyện: txtbL= 51,20C
DtL = 1,92*10-9*[1+0,0169(51,2- 20)]= 2,93*10-9( m2/s)
l. Hệ số khuếch tán trong pha hơi.
Hệ số khuếch tán động học của khí CS2 trong khí CCl4 được tính theo công thức:
Sinh viên: Nguyễn Thị Lan
Quyên
MSV: 0741120304

Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị
Page 25