Thiết kế hệ thống tháp chưng cất benzentoluen loại đệm với năng suất F= 5,0 kgs

TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

Đồ Án Hóa Công

Cộng Hòa Xã Hội Chữ Nghĩa Việt Nam
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

Bộ Công Thương
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
---------o0o--------

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

Sinh viên

: Ngyễn Thị Hường

Lớp

: ĐH CN Hóa 4– K6

Khoa

: Công Nghệ Hóa Học

Giáo viên hướng dẫn

: Phan Thị Quyên

NỘI DUNG ĐỒ ÁN
Thiết kế hệ thống tháp chưng cất benzen-toluen loại đệm với năng

suất F= 5,0 kg/s.Nồng độ đầu a F = 31%, nồng độ đỉnh a P = 97 %, nồng
độ đáy aW = 0.5% (tất cả tính theo phần trăm phần khối lượng ).Hệ thống
làm việc ở áp suất thường.

GVHD:Phan Thị Quyên

1

SV:Nguyễn Thị Hường


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

Đồ Án Hóa Công
MỤC LỤC

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN...........................................................................................4
I. Mở đầu và giới thiệu hỗn hợp chưng luyện................................................................4
1.Mở đầu........................................................................................................................4
2. Giới thiệu hỗn hợp chưng luyện.................................................................................5
II. Vẽ và thuyết minh dây chuyền công nghệ.................................................................7
1. Sơ đồ dây chuyên công nghệ......................................................................................7
2. Thuyết minh dây chuyền............................................................................................8
PHẦN II-TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH..................................................................11
I. CÂN BẰNG VẬT LIỆU TOÀN THIẾT BỊ.............................................................11
1. Thông số ban đầu:....................................................................................................11
2.Tính cân bằng vật liệu...............................................................................................11
3. Chỉ số hồi lưu tối thiểu (Rmin)................................................................................12
4.Xác định chỉ số Rth...................................................................................................13
II-TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP CHƯNG LUYỆN.....................................................14

1.Lượng hơi trung bình đi trong tháp...........................................................................15
1.1.Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện.............................................................15
1.2. Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng...........................................................16
2. Tính khối lượng riêng trung bình.............................................................................17
3.Tính tốc độ của khí và hơi đi trong tháp đệm............................................................20
3.1.Tốc độ khí và lỏng đi trong đoạn chưng................................................................20
3.2. Tốc độ của khí hơi đi trong đoạn luyện.................................................................21
4. Đường kính của tháp................................................................................................22
III. CHIỀU CAO THÁP CHƯNG LOẠI ĐỆM...........................................................23
1.Tính chiều cao của 1 đơn vị chuyển khối đối với pha hơi & pha lỏng của tháp.......23
1.1.Chuẩn số Renold của pha hơi và pha lỏng.............................................................24
1.2. Hệ số khuếch tán của pha lỏng và pha hơi............................................................25
1.3.Tính chuẩn số Prant(Pr)..........................................................................................27
1.4.Tính hệ số thấm ướt ψ............................................................................................28
1.5.Tính giá trị h1, h2...................................................................................................29
2) Tính số đơn vị chuyển khối......................................................................................29
3) Xác định chiều cao của một đơn vị chuyển khối:....................................................32
4) Chiều cao toàn tháp:.................................................................................................32
IV.TÍNH TRỞ LỰC CỦA THÁP.................................................................................33
1.Trở lực tháp đệm của đoạn chưng.............................................................................34
2.Trở lực tháp đệm của đoạn luyện..............................................................................34
VI.TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG.....................................................................35
1.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu............................................35
2. Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện............................................................38
3.Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ :............................................................40
4.Cân bằng nhiệt lượng tại thiết bị làm lạnh :..............................................................41
PHẦN III-TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ.....................................................................42
I. THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐẦU.................................................................42
1.Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa hai lưu thể.............................................................42
2.Tính lượng nhiệt trao đổi Q.......................................................................................42

3. Hệ số cấp nhiệt từng lưu thể.....................................................................................43
3.1. Hệ số cấp nhiệt phía hơi nước ngưng tụ................................................................43
3.2.Tính hệ số cấp nhiệt (α2)........................................................................................43
4. Bề mặt truyền nhiệt..................................................................................................46

GVHD:Phan Thị Quyên

2

SV:Nguyễn Thị Hường


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

Đồ Án Hóa Công

5. Số truyền nhiệt..........................................................................................................46
6)Đường kính trong của thiết bị...................................................................................46
7)Tính lại vận tốc và chia ngăn....................................................................................46
II. THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐÁY................................................................46
1.Hiệu số nhiệt độ trung bình của hỗn hợp là:.............................................................46
2.Lượng nhiệt trao đổi :................................................................................................47
3. Hệ số cấp nhiệt từng lưu thể.....................................................................................47
3.1. Hệ số cấp nhiệt phía hơi nước ngưng tụ................................................................47
3.2.Tính hệ số cấp nhiệt (α2)........................................................................................48
4. Bề mặt truyền nhiệt..................................................................................................50
5. Số ống truyền nhiệt...................................................................................................50
6)Đường kính trong của thiết bị...................................................................................50
7)Tính lại vận tốc và chia ngăn....................................................................................51
III. TÍNH TOÁN BƠM VÀ THÙNG CAO VỊ............................................................51

1.Chiều cao thùng cao vị..............................................................................................51
1.1.Trở lực của ống từ thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu tới tháp.....................................51
1.2.Trở lực của đoạn ống từ thùng cao vị dến thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu..............53
1.3. Trở lực của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu.............................................................55
1.4. Chiều cao của thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu.....................................................57
2.Tính toán bơm...........................................................................................................58
PHẦN IV . TÍNH TOÁN CƠ KHÍ :.............................................................................62
1. Tính toán thân tháp :.................................................................................................62
1.1. Chọn vật liệu làm thân tháp :................................................................................62
1.2.Tính toán sức bền vật liệu :....................................................................................62
1.3.Tính chiều dày thân hình trụ hàn:...........................................................................63
2. Tính đường kính ống dẫn :.......................................................................................64
2.1.Đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh:.....................................................................65
2.2.Đường kính ống dẫn hồi lưu sản phẩm đỉnh :........................................................65
2.3. Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu.........................................................................66
2.4. Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy :.....................................................................67
2.5. Đường kính ống dẫn hồi lưu sản phẩm đáy :........................................................67
3. Tính chiều dày đáy và nắp thiết bị :.........................................................................68
3.1. Chiều dày nắp :......................................................................................................68
3.2. Chiều dày đáy thiết bị :..........................................................................................69
4. Tính toán bích và số bulong :...................................................................................70
5.Tính lưới đỡ đệm,dầm đỡ đệm, đĩa phân phối chất lỏng :........................................71
5.1. Đoạn chưng, đoạn luyện........................................................................................71
6.Tính chân đỡ và tai treo của thiết bị:.........................................................................77
6.1. Khối lượng của đáy và nắp:...................................................................................77
6.2. Khối lượng của thân tháp:.....................................................................................77
6.3.Khối lượng của cột chất lỏng ở trong tháp:............................................................77
6.4.Khối lượng của lớp đệm :.......................................................................................77
6.5.Khối lượng của bích, bulong, ống nối, đĩa tiếp liệu…...........................................78
6.6.Chọn tai treo và chân đỡ:.......................................................................................78

7. Chọn kính quan sát...................................................................................................79
PHẦN V:KẾT LUẬN...................................................................................................81
Tài liệu tham khảo........................................................................................................82

GVHD:Phan Thị Quyên

3

SV:Nguyễn Thị Hường


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

Đồ Án Hóa Công

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
I.

Mở đầu và giới thiệu hỗn hợp chưng luyện
1.Mở đầu

Ngày nay cùng với sự phát triển vượt bậc của nền công nghiệp thế
giới và nước nhà, các ngánh công nghiệp nhất là công nghiệp hóa chất và
thực phẩm vần thiết nhiều hóa chất có độ tinh khiết cao. Để đạt được điều
này người ta thường tiến hành phân tách các cấu tử ra khỏi hỗn hợp đầu,
trong đó chưng cất là một trong những phương pháp được sử dụng phổ
biến hiện nay.
a.Khái niệm: Chưng luyện là quá trình dùng nhiệt để tách một
phần hỗn hợp lỏng ra thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay
hơi khác nhau của chúng trong hỗn hợp ở cùng nhiệt độ đo.

Phương pháp này ứng dụng để tách hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi
có tính chất hòa tan hoàn toàn hoặc một phần vào nhau. Hỗn hợp
này có thể chỉ có hai cấu tử hoặc nhiều hơn. Với hệ hai cấu tử sẽ
thu được sản phẩm đỉnh gồm phần lớn là cấu tử dễ bay hơi và sản
phẩm đáy chứa đa phần là cấu tử khó bay hơi.
- Đối với hệ benzen-toluen:
+sản phẩm đỉnh chủ yếu là benzen và một ít toluen
+ sản phẩm đáy chủ yếu là toluen và một ít benzen.
b.Phương pháp chưng luyện:
Trong sản xuất ta thường gặp các phương pháp chưng khác nhau
như : chưng đơn giản, chưng bằng hơi nước trực tiếp, chưng chân không
và đặc biệt hơn là chưng luyện.
Chưng luyện là phương pháp thông dụng dùng để tách hoàn toàn
hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan một phần hoặc hòa tan
hoàn toàn vào nhau.Chưng luyện ở áp suất thấp dùng cho các hỗn hợp dễ
bị phân hủy nhiệt ở nhiệt độ cao ,các cấu tử dễ bay hơi và ngược lại.
c.Điều kiện chưng luyện:
- các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan vào nhau
- các cấu tử có nhiệt độ sôi khác xa nhau.
d.Tháp chưng luyện: tháp đệm:

GVHD:Phan Thị Quyên

4

SV:Nguyễn Thị Hường


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

Đồ Án Hóa Công

-Cấu tạo: + thân tháp hình trụ có thể có một hay nhiều đoạn ghép với
nhau bằng mặt bích hay bằng cách hàn
+ trong tháp người ta đổ đầy đệm, ngoài ra còn có bộ phận
phân phối chất lỏng để tránh xảy ra hiệu ứng
- Nguyên lí làm việc: người ta cho chất lỏng chảy từ trên xuống sẽ
làm ướt bề mặt đệm và tích tụ trong lớp đệm. Khí đi từ dưới lên
tiếp xúc với chất lỏng ở bề mặt các hạt đệm và ở khoảng trống
giữa các hạt đệm tạo thành các bọt khí.
- Ưu điểm: + có bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao
+ cấu tạo đơn giản
+ trở lực trong tháp không lớn lắm
+ giới hạn làm việc tương đối rộng
- Nhược điểm: khó làm ướt đều đệm do đó nếu tháp cao thì chất
lỏng phân bố không đều.
- Ứng dụng: sử dụng trong quá trình hấp thụ, hấp phụ, chưng luyện
và các quá trình khác.
Đồ án môn Quá trình và Thiết bị bước đầu giúp sinh viên làm quen
với việc tính toán và thiết kế một dây chuyền sản xuất, mà cụ thể trong đồ
án này là hệ thống chưng luyện liên tục.
2. Giới thiệu hỗn hợp chưng luyện
a. Benzen
Benzen là hợp chất vòng thơm, đó là một chất lỏng không màu, có
mùi thơm nhẹ đặc trưng, nhẹ hơn nước,không phân cực vì vậy tan tốt
trong các dung môi hữu cơ không phân cực, đồng thời là một dung
môi tốt cho nhiều chất như Iot, lưu huỳnh, chất béo…
- Tính chất vật lý: + sôi ở nhiệt độ tso=80,10C ở 1 at
+ đông đặc ở t0đ=5,5oC
+ tỷ khối d204=0,879.

- Tính chất hóa học: Benzen là một hợp chất vòng bền vững, tương
đối dễ tham gia phản ứng thế, khó tham gia phản ứng cộng, OXH.
Đặc tính hóa học này gọi là tính thơm.CTPT là C 6 H 6
+ phản ứng thế nguyên tử C 6 H 6 của vòng benzen với
halogen (Cl, Br,...)hoặc với HNO3 .
VD: C 6 H 6 + Br  C 6 H 5 Br + HBr
C 6 H 6 + HNO3  C 6 H 5 NO2 + H 2 O
+ phản ứng cộng: H 2 , Cl 2
VD: C 6 H 6 + 3 H 2  C 6 H 12
C 6 H 6 + 3 Cl 2  C 6 H 6 Cl 6
GVHD:Phan Thị Quyên

5

SV:Nguyễn Thị Hường


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

Đồ Án Hóa Công

+ phản ứng oxi hóa hoàn toàn (phản ứng cháy):
C 6 H 6 + 15/2 O2  6 CO2 +3 H 2 O
- Ứng dụng: Benzen dùng để điều chế nitro benzen, anilin, tổng hợp
phẩm nhuộm,dược phẩm…Clobenzen là dung môi tổng hợp DDT,
hexacloaran (thuốc trừ sâu), Stiren (monome để tổng hợp chất dẻo) và
nhiều sản phẩm quan trọng khác..Benzen còn được dùng làm dung môi…
- Điều chế:
+ Từ thiên nhiên: thông qua các hidrocacbon ít được điều chế trong
phòng thí nghiệm nên có thể thu được lượng lớn bằng phương pháp

chưng cất than đá, dầu mỏ.
+ Đóng vòng và đề hidro hóa ankan.
+ Các ankan có thể tham gia đóng vòng và đề hidro hóa tạo thành
hidrocacbon thơm ở nhiệt độ cao và có mặt xúc tác như Cr2 O3 hay các
kim loại chuyển tiếp như Pd, Pt
CH 3 (CH 2 )CH 3  C 6 H 6
+ Đề hidro hóa: các xicloankan có thể bị đề hidro hóa ở nhiệt độ cao
với sự có mặt của các xúa tác kim loại chuyển tiếp tạo thành benzen
hay các dẫn xuất của benzen: C 6 H 12  C 6 H 6
+ Đi từ axetilen: đun axetan trong sự có mặt của xúc tác là than hoạt
tính hay phức của niken như Ni (CO )[(C H 5 ) P] sẽ thu được benzen:
3 C 2 H 2  C6 H 6
Cả benzen và toluen đều đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp
hóa học.
b. Toluen
Toluen là một hợp chất dạng vòng ở dạng lỏng và có tính thơm. Là
chất không phân cực do đó toluen tan tốt trong benzen nhưng độc
tinhsthaaps hơn nhiều, nên ngày nay thường được sử dụng thay
benzen làm dung môi trong phòng thiis nghiệ và trong công nghiệp.
- Tính chất vật lý: + sôi ở nhiệt độ tso= 111 o C
+ tỷ khối d204=0,866
+ nóng chảy ở t nc =- 95 o C
- Tính chất hóa học: CTPT là C 6 H 5 CH 3
+ toluen có khả năng làm mất màu dd KMnO4
+ phản ứng với Brom khan :
C 6 H 5 CH 3 + Br2  C 6 H 4 CH 3 Br (1) + HBr
C 6 H 5 CH 3 + Br2  C 6 H 4 CH 3 Br (2) + HBr
Thực nghiệm cho thấy phản ứng thế vào vòng bnzn của toluen dễ
hơn benzen neenn phản ứng ưu tiên thế vào vị trí o-, p- nên toluen
có nhóm đẩy e vào trong vòng benzen làm cho vòng bennzen giàu

e nên khả năng thế dễ hơn benzen
6

GVHD:Phan Thị Quyên

6

SV:Nguyễn Thị Hường


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

Đồ Án Hóa Công

+ khi ankylbenzen phản ứng với clo(khí) và brom(khan) (đk: askt)
thì phản ứng thế vào nhóm ankyl khoongthees vào nhóm benzen:
C 6 H 5 CH 3 + Cl 2  C 6 H 5 CH 2 Cl + HCl
+ phản ứng nitro hóa: C 6 H 5 CH 3 + HNO3  C 6 H 5 NO2 + H 2 O
+ phản ứng cộng: C 6 H 5 CH 3 + H  C 6 H 11CH 3
- Ứng dụng:
+ sơn bề mặt được dùng chủ yếu trong các ứng dụng cần khả năng
hòa tan và độ bay hơi cao nhất. Một ứng dụng như thế là sản xuất
nhựa tổng hợp
Toluen được dùng rộng rãi trong xả sơn xe hơi và sơnđồ đạc
trong nhà, sơn tàu biển. Nó cũng được dùng làm chất pha loãng và
là 1 thành phần trong sản xuất tẩy rửa
+ keo dán: vì toluen có khả năng hòa tan mạnh nên nó được dùng
trong sản xuất keo dán và các sản phẩm cùng loại, dùng trong keo
dán cao su, xi măng cao su
+ phụ gia cho nhiên liệu: toluen được dùng làm cải thiện chỉ số

octan của xăng dầu và làm chất mang phụ gia cho nhiên liệu thông
thường, khi thêm chỉ 1 lượng tương đối nhỏ.
Toluen vào xăng dầu sẽ làm tăng đáng kể chỉ số octan của nhiên
liệu.
+ các ứng dụng khác: sản xuất thuốc nhuộm, y khoa, nước hoa,
mực in,…
- Điều chế: từ benzen ta có thể điều chế được các dẫn xuất của benzen
như
toluen bằng phản ứng Friedel-Craffs (phản ứng ankyl hóa
benzen bằng dẫn xuất ankyl halogen với sự có mặt của xúc tác AlCl 3
khan):
C 6 H 6 + CH 3 Cl  C 6 H 5 CH 3 + HCl.
Vì vậy, cả benzen và toluen đều đóng vai trò quan trọng trong
công nghiệp hóa học.
2

II. Vẽ và thuyết minh dây chuyền công nghệ
1. Sơ đồ dây chuyên công nghệ

GVHD:Phan Thị Quyên

7

SV:Nguyễn Thị Hường


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

Đồ Án Hóa Công

12

Chú thích:
1:Thùng
2:Bể
cao vị
chứa
dung
dịch
đầu

3:
Thiết
bị đun
sôi
hỗn
hợp
đầu
7:Thiết
8:Bể
9:Bể
bị làm
chứa
chứa
lạnh
sản
sản
phẩm
phẩm
đỉnh

đáy
2. Thuyết minh dây chuyền

GVHD:Phan Thị Quyên

4:Lưu
lượng
kế

5:Tháp
chưng
luyện

6:Thiết
bị
ngưng
tụ

10:Thiết
bị đun
sôi đáy
tháp

11 Cốc
tháo
nước
ngưng

12 :
Bơm li

tâm

8

SV:Nguyễn Thị Hường


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

Đồ Án Hóa Công

Nguyên liệu đầu được chứa trong thùng chứa (2) và được bơm (12)
bơm lên thùng cao vị (1). Hỗn hợp đầu từ thùng cao vị tự chảy xuống
thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu (3). lưu lượng được khống chế bằng cách
điều chỉnh hệ thống van và lưu lượng kế (4) hơi nước bão hòa từ nồi hơi
vào đun sôi hỗn hợp đầu đến nhiệt độ sôi sau khi đạt tới nhiệt độ sôi hỗn
hợp này được đưa vào đĩa tiếp liệu của tháp chưng luyện (5) loại
đệm.Trong tháp hơi đi từ dưới lên tiếp xúc trực tiếp với lỏng chảy từ trên
xuống, tại đây xảy ra quá trình bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần. Theo chiều
cao của tháp, càng lên cao thì nhiệt độ càng thấp nên khi hơi đi qua các
tầng đệm từ dưới lên , cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽ ngưng tụ.Quá trình
tiếp xúc lỏng hơi trong tháp diễn ra liên tục làm cho trong pha hơi càng
giầu cấu tử dễ bay hơi. Cuối cùng trên đỉnh tháp ta sẽ thu được hầu hết là
cấu tử dễ bay hơi (cụ thể ở đây là benzen) và một phần cấu tử khó bay hơi
(toluen). Hỗn hợp hơi này được đưa vào thiết bị ngưng tụ (6) và tại đây
nó được ngưng tụ hoàn toàn (tác nhân là nước lạnh). Một phần chất lỏng
sau khi ngưng tụ được đưa hồi lưu trở về tháp chưng luyện và cũng được
khống chế bằng lưu lượng kế , phần còn lại đạt yêu cầu sẽ được đưa vào
thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết sau đó được đưa
vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (8).

Chất lỏng hồi lưu đi từ trên xuống dưới, gặp hơi có nhiệt độ cao đi
từ dưới lên, một phần cấu tử có nhiệt độ cao tiếp tục ngưng tụ thành lỏng
đi xuống.Do đó nồng độ cấu tử khó bay hơi trong pha lỏng ngày càng
nhiều , cuối cùng ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng gồm hầu hết là cấu
tử khó bay hơi (toluen) và một phần rất ít cấu tử dễ bay hơi (benzen), hỗn
hợp lỏng được đưa ra khỏi đáy tháp qua thiết bị phân dòng, một phần
được đưa ra thùng chứa sản phẩm đáy (9) , một phần được đưa vào thiết
bị đun sôi đáy tháp (10) và một phần được hồi lưu trở lại đáy tháp.Thiết
bị này có tác dụng đun sôi tuần hoàn và bốc hơi sản phẩm đáy (tạo dòng
hơi đi từ dưới lên trong tháp). Nước ngưng của thiết bị gia nhiệt được
tháo qua thiết bị tháo nước ngưng ( 11),Tháp chưng luyện làm việc ở chế
độ liên tục, hỗn hợp đầu vào và sản phẩm được lấy ra liên tục.
Khi vận tốc khí bé lực hút phân tử lớn hơn và vượt lực ỳ. Lúc này quá
trình chuyển khối được xác định bằng dòng khuếch tán phân tử. Tăng vận
tốc lực lỳ trở lên cân bằng với lực hút phân tử. Quá trình chuyển khối lúc
này không chỉ được quyết định bằng khuếch tán phân tử mà cả bằng cả
khuếch tán đối lưu. Chế độ thủy động này gọi là chế độ quá độ. Nếu ta
GVHD:Phan Thị Quyên

9

SV:Nguyễn Thị Hường


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

Đồ Án Hóa Công

tiếp tục tăng vận tốc khí lên nữa thì chế độ quá độ chuyển sang chế độ
chảy xoáy. Trong giai đoạn này quá trình khuếch tán sẽ được quyết định

bằng khuếch tán đối lưu.
Nếu ta tăng vận tốc khí lên đến một giới hạn nào đó thì sẽ xảy ra hiện
tượng đảo pha. Lúc này chất lỏng sẽ chiếm toàn bộ chiều cao tháp và trở
thành pha liên tục, còn pha khí khuếch tán vào trong pha lỏng và trở
thành pha phân tán. Vận tốc khí ứng với thời điểm này gọi là vận tốc đảo
pha. Khí sục vào lỏng và tạo thành bọt khí vì thế trong giai đoạn này chế
độ làm việc trong tháp gọi là chế độ sủi bọt. Ở chế độ này vận tốc chuyển
khối nhanh đồng thời trở lực cũng tăng nhanh.
Trong thực tế, ta thường cho tháp đệm làm việc ở chế độ màng có vận
tốc nhỏ hơn vận tốc đảo pha một ít vì quá trình chuyển khối trong giai
đoạn sủi bọt là mạnh nhất nhưng vì giai đoạn đó khó khống chế quá trình
làm việc

GVHD:Phan Thị Quyên

10

SV:Nguyễn Thị Hường


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

Đồ Án Hóa Công

PHẦN II-TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
Các số liệu ban đầu: chưng hỗn hợp benzen-toluen( Thiết bị tháp đệm)
-Năng suất tính theo hỗn hợp đầu F=5,0 kg/s=18000 kg/h
-Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong:
+ hỗn hợp đầu: a F = 31% phần khối lượng
+ Sản phẩm đỉnh: a P = 97% phần khối lượng

+ Sản phẩm đáy: aW = 0.5% phần khối lượng
-Tháp làm việc ở áp suất thường
-Hỗn hợp đầu được gia nhiệt tới nhiệt độ sôi
I. CÂN BẰNG VẬT LIỆU TOÀN THIẾT BỊ
1. Thông số ban đầu:
Gọi F là lưu lượng hỗn hợp đầu (kg/h,kmol/h)
P là lưu lượng sản phẩm đỉnh(kg/h,kmol/h)
W là lưu lượng sản phẩm đáy(kg/h,kmol/h)
aF :là nồng độ hỗn hợp đầu (% khối lượng)
aP : là nồng độ sản phẩm đỉnh (% khối lượng)
aW :là nồng độ sản phẩm đáy (% khối lượng)
xP : nồng độ hỗn hợp đầu (% mol)
xF : nồng độ hỗn hợp đầu (% mol)
xW : nồng độ sản phẩm đáy (% mol)
Để thuận tiện cho quá trình tính toán ta ký hiệu:
Benzen: A, MA=78
Toluen: B, MB=92
2.Tính cân bằng vật liệu
Phương trình cân bằng viết cho toàn tháp:
F= P + W (1)
Phường trình cân bằng vật liệu tính cho cấu tử nhẹ:
F aF = P aP +W aW (2)
Từ (1) và (2) suy ra:
F
P
W
=
=
a P − aW a F − aW a P − aW
a F − aW

31 − 0.5
=> P = F a − a = 18000 97 − 0.5 = 5689.12(kg / h)
P
W

Từ (1) suy ra W = F - P = 18000 – 5689.12=12310.88(kg/h)
Tính nồng độ phần mol của cấu tử Axeton:
Thành phần mol trong hỗn hợp đầu:
aF
0.31
MA
78
xF =
=
= 0.346 (phần mol)
aF 1 − aF
0.31 1 − 0.31
+
+
78
92
MA
MB

Thành phần mol trong sản phẩm đỉnh:

GVHD:Phan Thị Quyên

11

SV:Nguyễn Thị Hường


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

Đồ Án Hóa Công

aP
0.97
MA
78
xP =
=
= 0.974 (phần mol)
aP 1 − aP
0.97 1 − 0.97
+
+
78
92
MA
MB

Thành phần mol trong sản phẩm đáy:
aW
0.005
MA
78
xW =
=

= 0.0059 (phần mol)
aW 1 − aW
0.005 1 − 0.005
+
+
78
92
MA
MB

Tính khối lượng mol trung bình:
-Trong hỗn hợp đầu:
MF = xF MA + (1- xF )MB =0,346 .78+(1-0.346)92=87,151(kg/kmol)
-Trong sản phẩm đỉnh:
MP = xP MA + (1- xP )MB = 0,974.78+(1-0,974)92=78,364(kg/kmol)
-Trong sản phẩm đáy:
MW = xW MA + (1- xW )MB = 0,0059.78+(1-0,0059)92=91,9174(kg/kmol)
Lưu lượng tính theo kmol/h là:
18000
= 206,538 (kmol/h)
87,151
x − xW
0,346 − 0,0059
p=F F
= 206,538
= 72,558 (kmol/h))
x P − xW
0,974 − 0,0059
W = F − P = 206,58 − 72,558 = 134,022 (kmol/h)
F=

Như vậy ta có bảng tổng kết thành phần sản phẩm như sau:

Hỗn hợp đầu
Sản phẩm
đỉnh
Sản phẩm đáy

Nồng độ
phần khối
lượng
0,31
0,97

Nồng độ
phần mol

Lưu lượng
(kg/h)

Lưu lượng
(kmol/h)

0,346
0,974

18000
5689,12

206,538

72,558

0,005

0,0059

12310,88

134,022

3. Chỉ số hồi lưu tối thiểu (Rmin)
Dựng đường cân bằng theo số liệu đường cân bằng sau:

GVHD:Phan Thị Quyên

12

SV:Nguyễn Thị Hường


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI
x
y

0

5

10
11,8

20
21,4

Đồ Án Hóa Công
30
38

1 110,6 108,3 106,1 102,2 98,6
0
0
t

40
51,
1
95,
2

50
60
61,9 71,2

70
79

80
90 100
85, 91 95,9
4

92,1 89,4 86,8 84,4 82,3 80,2

0

→ Rmin =

x p − y F*

[III-

y F* − x F

81]
0,94 − 0,5607

→ Rmin = 0,5607 − 0,346 = 1,93
4.Xác định chỉ số Rth
R

x
Hệ số hiệu chỉnh: β = R ( β =1,1 ÷ 2,5 )
min

Vấn đề chọn chỉ số hồi lưu thích hợp là rất quan trọng, vì khi chỉ số hồi
lưu bé thì số bậc của tháp lớn nhưng tiêu tốn ít hơi đốt, ngược lại khi chỉ
số hồi lưu lớn thì số bậc của tháp co ít hơn nhưng tiêu tốn hơi đốt lại rất
lớn.
- Với mỗi giá trị của R x > Rmin từ đồ thị cân bằng lỏng hơi của hỗn hợp
Axeton và Benzen ta xác định được một giá trị của Nlt tương ứng.
* Ở đây ta có phương trình đoạn luyện và đoạn chưng như sau:

- Phương trình đoạn luyện:
y=

xp
R
x+
R +1
R +1

A=

R
R +1

 y = Ax + B
B=

xp
R +1

- Phương trình đoạn chưng:
y=

R+ f
f −1
x−
xw
R +1
R +1

 y = Ax − B

GVHD:Phan Thị Quyên

13

SV:Nguyễn Thị Hường


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI
A=

R+ f
R +1

B=

Đồ Án Hóa Công

f −1
xw
R +1

với f =

F
P

Xác định RX thích hợp theo số bậc thay đổi nồng độ được tiến hành
như sau: cho nhiều giá tri R X lớn hơn giá trị RXmin. Với mỗi giá trị trên, ta

xác định được tung độ của đường làm việc đoạn luyện với trục tung B ,
với:
B=

xP
RX + 1

Từ đó ta vẽ được đồ thị xác định số
nồng độ như sau:
Dựa vào đồ thị ta có kết quả sau:
β
1,2
1,5
1,8
Rx
2,316 2,509 2,702
B
25
42,05 26,31
5
Nlt
18
14
14
Nlt(Rx+1) 59,68 49,126 51,82
8
8

đĩa lý thuyết theo số bậc thay đổi

2,0
2,895
25,00
6
14
54,53

2,3
2,5
3,008 3,474
23,826 21,77
12
12
48,096 53,688

Từ đồ thị ta có ứng với Rx=2,895 thì Nlt(Rx+1) có giá trị nhỏ nhất tương
ứng là 54,53. Vậy chỉ số hồi lưu thích hợp là Rth=2,895 và số đĩa lý
thuyết thu được là Nlt=14.
Số ngăn lý thuyết đoạn chưng là:7
Số ngăn lý thuyết đoạn luyện là:7
.
II-TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP CHƯNG LUYỆN
Công thức tính đường kính tháp chưng luyện loại đệm :
D=

4G

ρ ytb .W ytb

= 0,0188.

g tb
ρ ytb .W ytb

[STQTTBT2-

181]
Trong đó :
Wytb: tốc độ của khí và hơi(m/s)
gtb: lượng hơi trung bình đi trong tháp (kg/h)
ρ ytb .W ytb : tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (kg/m2s)
Vì lượng hơi đi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao của tháp và
khác nhau trong mỗi đoạn nên ta phải tính hơi trung bình cho từng đoạn.
GVHD:Phan Thị Quyên

14

SV:Nguyễn Thị Hường


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

Đồ Án Hóa Công

1.Lượng hơi trung bình đi trong tháp
1.1.Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện được 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.
g + g1

g tb = đ
, kg/s
(STQTTB T2-181)
2
Trong đó:
+ gtb :lượng hơi trung bình của đoạn luyện (kg/h)
+ gđ : lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của đoạn luyện (kg/h);
+ g1 : lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện ( kg/h);
* Lượng hơi đi ra khỏi đỉnh tháp :
gđ = GR + GP = GP(Rth + 1)
(STQTTB T2181)
Trong đó
GP : lượng sản phẩm đỉnh ( kg/h)
GR : lượng lỏng hồi lưu đỉnh tháp (kg/h)
Rth : chỉ số hồi lưu thích hợp
⇒ gđ = 5689,12(2,895+1)=22159,12(kg/h)
* Lượng hơi đi vào đoạn luyện:
Lượng hơi g1, hàm lượng hơi y1, lượng lỏng của đĩa thứ nhất của đoạn
luyện G1 được xác định theo hệ phương trình cân bằng vật liệu và nhiệt
lượng cho đoạn luyện :

g1 = G1 + GP

g1 . y1 = G1a1 + GP a P
g r = g r
d d
 11

(STQTTB T2-182)

Trong đó
a1 = aF = 0, 27 (phần khối lượng)

r1 : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi ở đĩa thứ nhất của đoạn luyện
(kJ/kg) ;
rđ : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi ra khỏi đỉnh tháp (kJ/kg)
r1 = rAy1 + (1- y1)rB;
STQTTB T2-182)
rđ = rAyđ + (1- yđ)rB;
Trong đó:
yđ : hàm lượng hơi sản phẩm đỉnh = aP = 0,97 phần khối lượng
GVHD:Phan Thị Quyên

15

SV:Nguyễn Thị Hường


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

Đồ Án Hóa Công

rA ; rB : lần lượt là ẩn nhiệt hóa hơi của benzen và toluen nguyên chất
(kJ/kg)
Từ xF= 0,0059 nội suy đồ thị t-x,y suy ra nhiệt độ tF = 97 oC . Tra
0
bảng I.212 [STQTTB T1-254] với nhiệt độ hỗn hợp đầu t F ta được:
rA = 91,025 ( Kcal/kg) = 381,1 (KJ/kg)
rB = 88,36( Kcal/kg) = 369,95(KJ/kg )
→ r1 = 381,1y1 + 369,95( 1-y1) =11,15y1+369,95 (*)

Từ xP = 0.974 nội suy đồ thị t-x,y suy ra nhiệt độ của hỗn hợp đỉnh
tP= 80,70C, nội suy từ bảng I.212 [STQTTB T1 -254] với nhiệt độ hỗn
hợp đỉnh tP ta được:
rA = 93,8775(Kcal/kg) = 393,043 (KJ/kg)
rB = 90,316(Kcal/kg) = 378,153(KJ/kg)
→rđ = aPrA + (1- aP )rB =14,91.0,97+378,153=392,6(KJ/kg) (**)
Thay (*)&(**) vào hệ trên ta có :
Giải hệ ta có:
→g1 = 23186,855( kg/h );
→ y1 = 0,472 phần khối lượng =0,5132 (phần mol)
→ G1 = 17497,765 ( kg/h );
→ lượng hơi trung bình của đoạn luyện :
→gtb=22673(kg/h)
Thay y1 vào (*) ta có :
r1 = 375,67(KJ/kg)
1.2. Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng
g

'
tb

g1' + g n'
=
2

[STQTTB T2-182]

Trong đó :
+ g’tb: lượng hơi trung bình của đoạn chưng ( kg/h)
+ g’n: lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng ( kg/h)

+ g’1 : lượng hơi đi vào đoạn chưng (kg/h)
Vì lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện
nên ta có :
g’n = g1
→ g

'
tb

g 1' + g1
=
2

[STQTTB T2-182]

Ta có hệ phương trình cân bằng vật liệu và nhiệt lượng cho đoạn chưng :
G1' = g1' + Gw
 ' '
'
[STQTTB T2-182]
G1.x1 = g1. y w1 + Gw .xw
 ' '
'
'
g1.r1 = g1.r1 = g n .rn
Trong đó:
- G’1: lượng lỏng đi vào đoạn chưng(kg/h)
GVHD:Phan Thị Quyên

16

SV:Nguyễn Thị Hường


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

Đồ Án Hóa Công

- g’1 : lượng hơi đi vào đoạn chưng (kg/h)
- x’1 : hàm lượng lỏng(phần khối lượng)
- r’n : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa trên cùng của đoạn chưng
(KJ/kg)
- r’1 : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào lớp đệm thứ nhất của đoạn
chưng
( KJ/kg)
- xw : thành phần cấu tử dễ bay hơi (benzen ) trong sản phẩm đáy ;
- r1 : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào lớp đệm trên cùng của đoạn
chưng (KJ/kg)
- rA : ẩn nhiệt hóa hơi của benzen (KJ/kg)
- rB : ẩn nhiệt hóa hơi của toluen (KJ/kg)
y '1 = y ∗ w là nồng độ cân bằng ứng với x w . Dựa theo đồ thị đường cân
bằng lỏng hơi ở trên ta có:
Ứng với xw = 0,0059 ta có y w = 0,0118 ta đổi sang phần khối lượng
y*w =

0,0118 .M A
= 0,01
0,0118 .M A + (1 − 0,0118) M B

Mặt khác ta có:

r1' = rA y1' + (1 − y1' )rB
rn' = rA y n' + (1 − y n' )rB
Tại x w = 0,005 nội suy từ đồ thị t-x,y suy ra toC=110,598oC

Ta được :
rA = 88,407 (Kcal/kg) = 370,14(KJ/kg);
rB = 86,437(Kcal/kg) = 361,89(KJ/kg);
⇒ r '1 = 370,14.0,01 + (1 − 0,01)361,89 = 361,9725(kJ / kg )

Thay vào hệ phương trình ta có: = >G '1 = 36344,945(kg / h)
= > g '1 = 24034,06(kg / h)
= >x '1 = 0,00831
⇒ lượng hơi trung bình của đoạn chưng :
'

g tb

g '1 − g ' n 24034,06 + 23186,885
=
=
= 23610,4725(kg / h)
2
2

2. Tính khối lượng riêng trung bình
a) Đối với pha hơi :
*Đoạn luyện :
ρ ytbL =

[ ytbA .M A + (1 − ytbA ) M B ].273 = [ 0,75.78 + (1 − 0,75).92].273 = 2,77(kg / m 3 )

-Với ytbA =

22,4.(85,6 + 273)

22,4.TL

y P + y1 0,98.934 + 0,5132
=
= 0,75 (phần mol)
2
2

- Từ đồ thị t-x,y ta có totbL= 85,6oC
GVHD:Phan Thị Quyên

17

SV:Nguyễn Thị Hường


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

Đồ Án Hóa Công

*Đoạn chưng:
ρ ytbC =

[ ytbC .M A + (1 − ytbC ) M B ].273 = [ 0,2625.78 + (1 − 0,2625).92].273 = 2,886(kg / m 3 )
22,4.(99,95 + 273)

22,4.TC

-Với ytbA

y '1 + y1 0,0118 + 0,5132
=
=
= 0,2625 (phần mol)
2
2

- Từ đồ thị t-x,y ta có totbC= 99,95oC
b) Đối với pha lỏng :
1

ρxtb

=

atbA

ρxtbA

+

1 − atbA

ρxtbB `

[STQTTBT2-

183]
Trong đó :
- atb : phần khối lượng trung bình của cấu tử benzen
- ρ xtbA : khối lượng riêng của cấu tử benzen (kg/m3)
- ρ xtbB : khối lượng riêng của cấu tử toluen (kg/m3)
* Đoạn luyện :
1

ρxtL

=

atbLA =

atbAL

ρxtbA

+

1 − atbAL

ρxtbB

a F + a P 0,31 + 0,97
=
= 0,64 (phần khối lượng)
2

2

=0,677(phần mol)
Nội suy từ đồ thị t-x,y t 0 tbL = 87,3980 C
Theo bảng I.2 trong (STQTTBT1-9) ta nội suy được:

ρxtbA = 806,862 (kg/m3)
ρxtbB = 800,6 (kg/m3)
1

ρ xtbL

=

0,64
1 − 0,64
+
= 804,6(kg / m 3 )
806,862 800,6

*Đoạn chưng:
a
1 − atbAC
1
= tbAC +
ρxtbc ρxtbA
ρxtbB
atbCA =

a F + x '1 0,31 + 0,00831

=
= 0,159 (phần khối lượng)
2
2

=0,1823 (phần mol)
GVHD:Phan Thị Quyên

18

SV:Nguyễn Thị Hường


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

Đồ Án Hóa Công

Nội suy từ đồ thị t-x,y ta có t 0 tbC = 102,89 0 C
Theo bảng I.2 trong (STQTTBT1-9) ta nội suy được:

ρxtbA = 789,532 (kg/m3)
ρxtbB = 784,821 (kg/m3)
1

ρ xtbC

=

0,159
1 − 0,159

+
= 785,566(kg / m 3 )
789,532 784,821

GVHD:Phan Thị Quyên

19

SV:Nguyễn Thị Hường


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

Đồ Án Hóa Công

3.Tính tốc độ của khí và hơi đi trong tháp đệm
Có rất nhiều cách tính tốc độ của hơi đi trong tháp đệm nhưng ta tính dựa
vào vận tốc đảo pha. Khi đó W=(0.80.9)W’s
Công thức tính vận tốc đảo pha :
Y=

WS'2 .σ d y ytb  µ xtb

g .Vd3 .ρ xtb  µ n





0.16

Y = 1,2.e −4 X

G
X = x
G
 y






1
4

[STQTTBT2- 187]

 ρ ytb
.
 ρ xtb

1

8



Trong đó:
-

-

W’s: tốc độ bắt đầu tạo nhũ tương, còn gọi là vận tốc
đảo pha(m/s)
ρ xtb , ρ ytb :khôi lượng riêng trung bình của pha lỏng và
pha khí

-

µ xtb : độ nhớt của hỗn hợp lỏng của đoạn chưng ở

-

µn

-

t tbo

: độ nhớt của nước ở 20oC

Gx Gy : Lưu lượng lỏng và lưu lượng hơi trung

bình(Kg/s)
- σ d : bề mặt riêng của đệm (m2/m3)
- Vđ :thể tích tự do của đệm (m3/m3)
3.1.Tốc độ khí và lỏng đi trong đoạn chưng
-Độ nhớt hỗn hợp lỏng của đoạn chưng :
lg µxC = xtbC lg µA + (1 − xtbC ) lg µB ;

[STQTTBT1- 84]
Trong đó :
xtbc=0,1823 : nồng độ phần mol của benzen ở đoạn chưng(phần
mol)
μA ; μB : lần lượt là độ nhớt của 2 cấu tử benzen và toluen ở nhiệt
độ totbC=102,89oC
Từ bảng I.101 trong STQTTBT1 – 91 ta có:
⇒ μA = 0,2549.10-3(Ns/m2)=0,2549cp
⇒ μB = 0,2652.10-3(Ns/m2) =0,2652 cp
-Do đó :

GVHD:Phan Thị Quyên

20

SV:Nguyễn Thị Hường


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

Đồ Án Hóa Công

lg µ xC = 0,1823. lg 0,2549 + (1 − 0,1823). lg 0,2652
⇒ µ xC = 0,2633cp

Từ bảng I.102 trong STQTTBT1-94 tìm được μn = 1,005 (cp )
GxC=

G1 + G '1 + F 17497,765 + 36344,945 + 18000
=

= 35921,355 (kg/h)
2
2

=9,978(kg/s)
GyC= g ' tb = 23610,4725 (kg/h)=6,558(kg/s)
G
X =  xC
G
 yC

1

 4  ρ YTbC
 
 ρ
  xtbC

1

1

1

 8  9,978  4  2,886  8
 = 
 
 = 0,5511
 6,558   785,566 


Y = 1,2.e −4 X =1,2.e-4.0,5511 = 0,1324

*Chọn đệm vòng loại Rasiga bằng thép kích thước :18x18x0,5 tra từ bảng
IX.8[STQTTBT2-193]
→ σđ = 300(m2/m3)
→Vđ = 0,92(m3/m3)

Y=

W '2 SC .δ đ .ρ ytbC  µ xtbC

3
g .V đ .ρ xtbc
 µn





0,16

W '2 SC .300.2,886  0,2633 
=


10.0,92 3.785,566  1,005 

0 ,16

= 0,1324

⇒ W ' SC = 1,0766(m / s )

Lấy W

C

= 0,8.W ' SC = 0,8.1,0766 = 0,8613(m / s )

3.2. Tốc độ của khí hơi đi trong đoạn luyện
+Độ nhớt của hỗn hợp lỏng đoạn luyện :
lg µ tbL = xtbL . lg µ A + (1 − xtbL ) lg µ B

Trong đó :
xtbL=0,677 : nồng độ phần mol của benzen ở đoạn luyện(phần mol)
μA ; μB : lần lượt là độ nhớt của 2 cấu tử benzen và toluen ở nhiệt độ
o
t tbL=87,398oC
Nội suy từ bảng I.101- STQTTBT1-91:
⇒ μA = 0,2957.10-3(Ns/m2) =0,2957 (cp)
⇒ μB = 0,3012.10-3(Ns/m2)=0,3012 (cp)
-Do đó :
lg µ xL = 0,677. lg 0,02957 + (1 − 0,677). lg 0,3012
⇒ µ xL = 0,2975(cp)

Từ bảng I.102 STQTTBT1-94 tìm được μn = 1,005 (cp )
GVHD:Phan Thị Quyên

21

SV:Nguyễn Thị Hường


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

Đồ Án Hóa Công

G1 + GP .Rx 17497,765 + 5689,12.2,895
=
= 16983,88 (kg/hL)
2
2
GyL= g tb =22673 (kg/h)

GxL=

G
X =  xL
G
 yL

1

 4  ρ ytbL
 
 ρ
  xtbL

1

1

1

 8  16983,88  4  2,77  8
 = 
 = 0,4579
 
 22673   804,6 


Y = 1,2.e −4 X =1,2.e-4.0,4579 = 0,1922

*Chọn đệm vòng loại Rasiga bằng thép kích thước :12x12x0,5 tra từ bảng
IX.8[STQTTBT2-193]
→ σđ = 400(m2/m3)
→Vđ = 0,9(m3/m3)
W '2 Sl .δ đ .ρ ytbL  µ xtbL

3
g.V đ .ρ xtbL
 µn

Y=





0,16

W '2 SL .400.2,77  0,2975 
=


10.0,9 3.804,6  1,005 

0 ,16

= 0,1922

;

⇒ W ' SL = 1,112 (m / s)

Lấy W

L

= 0,8.W ' SL = 0,8.1,112 = 0,8869(m / s )

4. Đường kính của tháp
* Đường kính đoạn Luyện:
DL = 0,0118

g tb
22673
= 0,0188
= 1,803(m)

ρ ytbL .WL
2,77.0,8896

* Đường kính đoạn chưng:
DC = 0,0118

g ' tb
23610,4725
= 0,0118
= 1,832(m)
ρ ytbC .W C
2,886.0,8613

Dựa vào kết quả nhận được chọn đường kính theo bảng quy chuẩn cho
tháp ( STQTTBT2-359)
Ta có DL= DC=1,8 (m)
Khi đó vận tốc của hơi đi trong tháp sẽ là:
2

 1,832 
WL = 0,8896.
 = 0,893(m / s )
 1,8 
2

 1,832 
WC = 0,8613.
 = 0,868(m / s )
 1,8 

Lúc này giá trị của vận tốc làm việc :
WL= 0.8W’SL
WC= 0,89W’SC
GVHD:Phan Thị Quyên

22

SV:Nguyễn Thị Hường


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

Đồ Án Hóa Công

III. CHIỀU CAO THÁP CHƯNG LOẠI ĐỆM
Có rất nhiều phương pháp để tínhchiều cao của tháp đệm ở đây ta tính
theo số đơn vị chuyển khối.
*Chiều cao làm việc của tháp đệm :
H = h đv.my
[STQTTBT2-175]
Trong đó :
−hđv : chiều cao của một đơn vị chuyển khối (m)
−my :số đơn vị chuyển khối tính theo pha hơi
Ta có :
my =

yP

∫

yW

dy
y* − y

hđv = h1 +

m.G y
.h2
Gx

[STQTTBT2-

177]
Với :
−h1 là chiều cao của 1 đơn vị chuyển khối đối với pha hơi (m)
−h2 là chiều cao của 1 đơn vị chuyển khối đối với pha lỏng (m)
2

Vđ
h1 =
. Re 0y, 25 . Pry3 ( m )
a.ψ.σđ
 µx
h2 = 256
ρ
 x

2

3
0 , 25
0 ,5

 . Re x . Prx ( m )


Trong đó:
- a: hệ số phụ thuộc vào dạng đệm (đệm vòng a = 0.123)
- µ x : độ nhớt của pha lỏng (N.s/m2)
- Vđ: thể tích tự do của đệm (m3 /m3)
- ρ x : Khối lượng riêng của lỏng(kg/m3)
- ψ : hệ số thấm ướt của đệm, nó phụ thuộc vào tỷ số giữa
mật độ tưới thực tế lên tiết diện ngang của tháo và mật độ tưới
thích hợp.
1.Tính chiều cao của 1 đơn vị chuyển khối đối với pha hơi & pha lỏng
của tháp

GVHD:Phan Thị Quyên

23

SV:Nguyễn Thị Hường


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

Đồ Án Hóa Công
2

Vđ
h1 =
. Re 0y, 25 . Pr y3 ( m )
a.ψ.σđ
 µx
h2 = 256
ρ
 x

2

3
0 , 25
0,5

 . Re x . Prx ( m )


1.1.Chuẩn số Renold của pha hơi và pha lỏng
+ Re x =

+ Re yc =

0,04.G x
Ft .σ đ .µ x

(STQTTBT2-178)

0,4.ρ y .Ws'

µ y .σ đ

Với Ft: là tiết diện mặt cắt tháp
Ft =

π .D 2 3,14.2 2
=
= 3,14(m 2 )
4
4

Gx ,Gy : Lưu lượng lỏng và lưu lượng hơi trung bình(Kg/s)
a, Đoạn chưng :
*Đối với pha lỏng:
GxC= 35921,355(kg/h)=9,978(Kg/s)
+ Re xC =

0,04.G xC
Ft .σ đ .µ xC
Re xC =

0,04.G xC
0,04.9,978
=
= 1,6092
Ft .δ đ .µ xC 3,14.300.0,2633.10 −3

*Đối với pha hơi:
Re yc =

0, 4.ρ yc .Wsc'

µ ycđ.σ

μyc được tính theo công thức:
M C ytbC .M A (1 − ytbC ).M B
=
+
µ yc
µA
µB

Với MC=ytbC.MA + (1-ytbC).MB
=0,2625.78 + (1-0,2625).92=88,325 (đvC)
Nội suy theo đồ thị (t-x,y) ta có nhiệt độ trong pha hơi đoạn chưng là
t=104,96oC
Dựa vào toán đồ I.35- STQTTBT1-117:
⇒ μA = 0,0095. 10 −3 (Ns/m2)
⇒ μB = 0,0089.10-3(Ns/m2)

GVHD:Phan Thị Quyên

24

SV:Nguyễn Thị Hường


TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

MC

µ yC =
ytbC .
→ Re yC =

MA
M
+ (1 − ytbC ) B
µA
µB

Đồ Án Hóa Công

88,325

=
0.2625.

78
92
+ (1 − 0,2625).
−3
0,0089.10 - 3
0,0095.10

= 9,03.10 −6 ( N .s / m 2 )

0,4.2,886.1,0766
= 458,66
9,03.10 −3.300

b) Đoạn luyện:
*Đối với pha lỏng:
GxL=16983,88(kg/h)= (kg/s)=4,72 (kg/s)
+ Re xL =

0,04.G xL
Ft .σ đ .µ xL
Re xL =

0,04.G xL
0,04.4,72
=
= 0,514
Ft .δ đ .µ xL 3,14.40000.0,2925.10 −3

*Đối với pha hơi:
Re yL =

0, 4.ρ yL .WsL'

µ yLđ.σ

μyL được tính theo công thức:
M L ytbL .M A (1 − ytbL ).M B
=
+
µ yL
µA
µB

Với ML=ytbL.MA+(1-ytbL).MB
=0,75.78+(1-0,75).92=81,5 (đvC)
Nội suy theo đồ thị (t-x,y) ta có t=90,78oC
Dựa vào toán đồ I.35- STQTTBT1-117:
⇒ μA = 0,0094.10-3 (Ns/m2)
⇒ μB = 0,0085.10-3(Ns/m2)

µ yl =

ML
M
M
ytbL . A + (1 − ytbL ) B
µA
µB

→ Re yL =

=

81,5
78
92
0.75.
+ (1 − 0,75).
−3
0,0094.10
0,0085.10 - 3

= 9,127.10 −6 ( N .s / m 2 )

0,4.2,77.1,112
= 337,48
9,127.10 −3.400

1.2. Hệ số khuếch tán của pha lỏng và pha hơi
a)Hệ số khuếch án của pha hơi:
*Đoạn chưng:

GVHD:Phan Thị Quyên

25

SV:Nguyễn Thị Hường