đồ án chưng luyện tháp chóp

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hoá

ĐỒ ÁN MÔN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
BỘ MÔN QUÁ TRÌNH -THIẾT BỊ
………..**………
THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CHƯNG LUYỆN LOẠI
THÁP CHÓP ĐỂ PHÂN TÁCH HỖN HỢP HAI CẤU TỬ
AXETON VÀ AXIT AXETIC

Giáo viên hướng dẫn
Sinh viên
Mã sinh viên
Lớp
K5

:Thầy NGUYỄN THẾ HỮU
:DƯƠNG NGÔ VỤ
:0541120238
:CÔNG NGHỆ HÓA 3

Hà nội 5-2013

Đồ án môn Quá trình thiết bị

Page
1 1

Dương Ngô Vụ
Lớp DHCNH3-K5

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hoá

BỘ CÔNG THƯƠNG
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT N
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Đồ án môn học quá trình và thiết bị
I)ĐẦU ĐỀ THIẾT KẾ:

Thiết kế tháp chưng liên tục loại tháp chóp để phân tách hỗn hợp CH3COCH3
–CH3COOH.
II) CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU:
+ Hỗn hợp cần tách:
CH3COCH3 –CH3COOH.
+ Năng suất tính theo hỗn hợp đầu: F= 10,3 (tấn/h)
+ Nồng độ cấu tử dễ bay hơi:
- Hỗn hợp đầu:
aF = 0,34 (phần khối lượng)
- Sản phẩm đỉnh:
ap = 0,92 (phần khối lượng)
- Sản phẩm đáy:
aw = 0,012(phần khối lượng)
+ Tháp làm việc ở áp suất thường
+ Hỗn hơp đầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi.

III) NỘI DUNG CÁC PHẦN THUYẾT MINH VÀ TÍNH TOÁN:
1/ Giới thiệu chung: + Mở đầu và giải thích về hỗn hợp được chưng luyện.
+ Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất.
2/ Tính toán thiết bị chính:
+ Tính toán cân bằng vật liệu toàn thiết bị
+ Tính đường kính tháp
+ Tính chiều cao tháp
+ Tính cân bằng nhiệt
+ Tính trở lực của tháp
3/ Tính thiết bị phụ:
+ Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu,hỗn hợp đáy
+ Tính bơm
+ Tính thùng cao vị
+ Tính toán cơ khí và lựa chọn
-Bề dày thiết bị
-Tính đường kính các ống dẫn
-Tính đáy và nắp thiết bị
-Chọn bích ghép
-Tính toán giá đỡ và tai treo
4/ Kết luận chung.
5/ Tài liệu tham khảo.
Đồ án môn Quá trình thiết bị

Page
2 2

Dương Ngô Vụ
Lớp DHCNH3-K5

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hoá

IV) CÁC BẢN VẼ VÀ ĐỒ THỊ:

+ Bản vẽ dây chuyền sản xuất A4
+ Bản vẽ thiết bị chính và lắp giáp A0

Nhận Xét Của Giáo Viên Hướng Dẫn

∗∗∗∗∗

....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2011
Người nhận xét

MỤC LỤC
Lời mở đầu ........................................................................................................5
Phần I: Giới thiệu chung..................................................................................7
I.Giới thiệu về hỗn hợp chưng............................................................................7

Đồ án môn Quá trình thiết bị

Page
3 3

Dương Ngô Vụ
Lớp DHCNH3-K5


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hoá

1.Axeton............................................................................................................. 7
2.Axit axetic......................................................................................................8
II.Sơ đồ chưng.....................................................................................................9
1.Chú thích các kí hiệu trong quy trình............................................................9
2.Thuyết minh dây chuyền sản xuất...............................................................10
3.Các kí hiệu trước khi tính ...........................................................................10
Phần II: Tính toán thiết bị chính..................................................................12
I.Tính cân bằng vật liệu toàn thiết bị................................................................12
1.Cân bằng vật liệu..........................................................................................12
2.Xác định số bậc thay đổi nồng độ...............................................................13
II.Tính đường kính tháp....................................................................................27

1.Lưu lượng các dòng pha đi trong tháp........................................................27
2.Vận tốc hơi đi trong tháp.............................................................................32
3. Đường kính đoạn luyện ..............................................................................36
4. Đường kính đoạn chưng..............................................................................37
III.Chiều cao tháp..............................................................................................37
1.Hệ số khuếch tán..........................................................................................37
2.Hệ số cấp khối..............................................................................................39
3.Hệ số chuyển khối........................................................................................45
IV.Tính trở lực của tháp....................................................................................50
1.Trở lực của đĩa khô......................................................................................51
2.Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt ............................................................52
3.Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa...............................................................54
V.Tính cân bằng nhiệt lượng.............................................................................58
1.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu...........................58
2.Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện...............................................61
3.Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ...............................................64
4.Cân bằng nhiệt lượng tại thiết bị làm lạnh..................................................65
Phần III: Tính thiết bị phụ ............................................................................67
I.Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu.......................................................................67
1.Hiệu số nhiệt độ trung bình.........................................................................67

Đồ án môn Quá trình thiết bị

Page
4 4

Dương Ngô Vụ
Lớp DHCNH3-K5

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hoá

2.Lượng nhiệt trao đổi....................................................................................67
3.Diện tích trao đổi nhiệt................................................................................68
II.Tính bơm và thùng cao vị.............................................................................75
1.Các trở lực quá trình cấp liệu......................................................................75
2.Chiều cao thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu.................................................85
3.Chiều cao làm việc của bơm........................................................................86
4. Áp suất toàn phần của bơm và năng suất bơm..........................................87
III.Tính toán cơ khí và lựa chọn.......................................................................88
1.Tính toán thân tháp......................................................................................88
2.Tính chóp và kích thước cơ bản của chóp..................................................91
3.Tính đáy và nắp thiết bị...............................................................................93
4.Chọn mặt bích..............................................................................................95
5. Đường kính các ống dẫn.............................................................................96
6.Khối lượng tháp............................................................................................99
7.Tính tai treo................................................................................................102
8.Tính chân đỡ...............................................................................................103
Kết luận ........................................................................................................... 104
Tài liệu tham khảo..........................................................................................105

LỜI MỞ ĐẦU
Chúng ta đang sống trong thế giới với khoa học kỹ thuật ngày càng phát
triển. Trong ngành công nghệ vật liệu mới không thể không nhắc đến ngành
công nghiệp hóa học, bởi công nghệ hoá thuộc lĩnh vực công nghệ đòi hỏi kỹ
Đồ án môn Quá trình thiết bị

Page

5 5

Dương Ngô Vụ
Lớp DHCNH3-K5


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hoá

thuật cao, mức độ phát triển công nghệ này được coi như một chỉ thị về trình độ
phát triển của một đất nước.
Nhận thấy rõ sự phát triển như vũ bão của ngành công nghệ hóa học, với
lối tư duy nhạy bén và sáng tạo, khoa Công nghệ Hóa Trường Đại Học Công
Nghiệp Hà Nội đã đào tạo ra những sinh viên chuyên ngành Hóa. Điều đó không
chỉ cung cấp cho đất nước đội ngũ những công nhân lành nghề, thợ kỹ thuật có
tay nghề cao mà nó còn mở cơ hội việc làm cho giới trẻ trong lĩnh vực khá mới
mẻ này.
Là một sinh viên khoa Công Nghệ Hóa, chúng em được trang bị rất nhiều
kiến thức cơ bản về các quá trình thiết bị của công nghệ sản xuất những sản
phẩm hóa học. Nhận được bản đồ án này là một cơ hội tốt để chúng em được
tìm hiểu về các quá trình công nghệ, được vận dụng những kiến thức đã được
học và mở rộng vốn kiến thức của mình, từ đó giúp chúng em có cái nhìn cụ thể
hơn về nghành nghề mình đã lựa chọn.
Công nghệ hóa học là một ngành giữ vị trí, vai trò quan trọng trong việc
sản xuất phục vụ cho nhiều lĩnh vực, cho mọi ngành kinh tế quốc dân, tạo tiền
đề cho nhiều ngành phát triển theo. Với nhiều phương pháp sản xuất khác nhau
như lắng, lọc, đun nóng, làm nguội, chưng luyện, hấp thụ, hấp phụ, trích ly, sấy
khô, đông lạnh…đã tạo ra rất nhiều sản phẩm đa dạng, phong phú đáp ứng nhu
cầu ngày càng lớn của con người. Đặc biệt được ứng dụng nhiều nhất là chưng

luyện, nó được ứng dụng trong nhiều ngành, lĩnh vực, đặc biệt là công nghệ lên
men, công nghệ tổng hợp hữu cơ, lọc - hóa dầu, công nghệ sinh học...
Vậy chưng cất là gì?quy trình công nghệ của nó như thế nào.ứng dụng của nó
ra sao,thiết bị vật sử dụng cho quy trình công nghệ này cần đảm bảo những yêu
cầu nào và phải được tính toán ra sao?Vì vậy em xin đi sâu vào nghiên cứu về
quá trình công nghệ và vận hành quy trình công nghệ của quá trình chưng luyện
tháp chóp để phân tách hai hỗn hợp axeton và axit axetic
Chưng là phương pháp dùng để tách hỗn hợp khí lỏng thành các cấu tử riêng
biệt dựa vào nhiệt độ sôi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp. Khi chưng thu
được nhiều sản phẩm và thường có bao nhiêu cấu tử thì có bấy nhiêu sản phẩm.
Đồ án môn Quá trình thiết bị

Page
6 6

Dương Ngô Vụ
Lớp DHCNH3-K5


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hoá

Riêng đối với phương pháp chưng luyện hai cấu tử thì sản phẩm đỉnh gồm chủ
yếu là cấu tử dễ bay hơi còn sản phẩm đáy là cấu tử khó bay hơi.
Trong sản xuất ta thường gặp các phương pháp chưng khác nhau như:
chưng đơn giản, chưng bằng hơi nước trực tiếp, chưng chân không và đặc biệt
hơn là chưng luyện.
Chưng luyện là phương pháp thông dụng dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp
các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan một phần hoặc hòa tan hoàn toàn vào

nhau. Chưng luyện ở áp suất thấp dùng cho các hỗn hợp dễ bị phân hủy nhiệt ở
nhiệt độ cao, các cấu tử dễ bay hơi và ngược lại.
ỨNG DỤNG


Tách dầu mỏ tài nguyên khai thác dưới dạng lỏng



Tách các hỗn hợp khí đã hóa lỏng



Tách hỗn hợp chất hữu cơ trong tổng hợp hữu cơ. Trong công nghệ
sinh học, thực phẩm, các quá trình lênmen sản xuất các sản phẩm như: rượu, bia,
nước ngọt…
Vì thế, đề tài ” Thiết kế hệ thống chưng cất Aceton –Acid Acetic “ của
môn “Đồ Môn Học Quá Trình Thiết Bị” cũng là một bước giúp cho sinh viên
tập luyện và chuẩn bị cho việc thiết kế quá trình và thiết bị công nghệ trong lĩnh
vực này.Để hoàn thành đồ án này , thực sự em đã cố gắng rất nhiều . Song , vì
đây là bước đầu làm quen với công tác thiết kế nên chắc hẳn không tránh khỏi
những sai sót
Cuối cùng , em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Quá Trình
Thiết Bị , đặc biệt là thầy Nguyễn Thế Hữu , người đã trực tiếp hướng dẫn và
giúp đỡ em rất nhiều trong suốt thời gian thực hiện đồ án thiết kế.

PHẦN I. GIỚI THIỆU CHUNG

I.

GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG:

Đồ án môn Quá trình thiết bị

Page
7 7

Dương Ngô Vụ
Lớp DHCNH3-K5


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hoá

Aceton và acid acetic là hai loại hoá chất quan trọng trong ngành công nghiệp
hóa chất.
1. Aceton:

Aceton có công thức phân tử: CH3 –CO-CH3,khối lượng phân tử:58 đvC. Là chất
lỏng không màu,có mùi đặc trưng,tan nhiều trong nước.
* Một số thông số vật lý của axeton:
-Nhiệt độ sôi:56,1o
-Nhiệt độ nóng chảy:-94,6o C
-Nhiệt dung riêng(Cp):22Kcal/mol(chuẩn ở 1020 C)
-Độ nhớt (µ):0,316 cp (ở 25o C)
- Nhiệt trị : 0.5176 cal/g (ở 200 C)
Axeton là một dung môi tốt cho nhiều chất hữu cơ aceton làm dung môi tốt đối với các
nitro xeluloza, acetyl xenluloza. Nó ít độc nên được dùng làm dung môi cả trong công
nghiệp dược phẩm và thực phẩm.,nó được sử dụng để tổng hợp nhiều chất hưu cơ

phần lớn được dùng làm dung môi nhất là trong công nghiệp sản xuất nhựa, vecni,
chất dẻo và nhiều sản phẩm tiêu dùng
* Tính chất hóa học đặc trưng của axeton:
Phản ứng chính của axeton chủ yếu vào nhóm cacbonyl(-CO-), ngoài ra còn có phản
ứng thế vào nhóm -CH3 . Dưới đây là một số ví dụ cụ thể:
-phản ứng ở nhóm –CO- : Axeton rất nghèo phản ứng, Xeton có phản ứng khử

giống andehit nhưng tạo ra ancol bậc II:
CH3-CO-CH3 + H2 --> CH3-CH(OH)-CH3

Xeton khó bị oxi hóa vì các gốc hidrocacbon đã cản trở không gian.Tuy nhiên nó có
thể bị oxi hóa bởi dung dich thuốc tím đun nóng với axit sunfuric tạo ra hỗn hợp các
axit cacboxylic.

Đồ án môn Quá trình thiết bị

Page
8 8

Dương Ngô Vụ
Lớp DHCNH3-K5


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hoá

Phản ứng ở gốc hidrocacbon:
CH3-CO-CH3 + Br2 --> CH3-CO-CH2Br + HBr.
Lưu ý:Phản ứng trên xảy ra khi dùng brom khan và có xúc tác axit axetic đun nóng

* Các phương pháp điều chế axeton:
1-oxi hóa hidrocacbon:khi đốt cháy chậm n-ankan ở pha khí ta có thể thu được
axeton
2-oxi hóa ancol:đây là phương pháp quan trọng nhất để điều chế hợp chất cacbonyl
VD: CH3-CH(OH)-CH3 → CH3 –CO-CH3 +H2O
Propal-2-ol

Axeton

3-oxi hóa cumen(chỉ riêng đối với của axeton)
C6H5-CH(CH3)2 +O2 → CH3 –CO-CH3 +C6H5-OH
2. Axit axetic:
Axit axetic là chất lỏng,không mầu,có mùi thơm chua,nó kết tinh ở 160 C,sôi ở
1180C.Một số thông số vật lý của axit axetic:
Khối lượng phân tử

: 60 g/mol

Khối lượng riêng d4200 c

: 1,049

*Tính chất hóa học đặc trưng của axit axetic:
-Tính axit:Do trong phân tử axit axetic có nhóm –COOH có nguyên tử H thể hiện
tính axit. CH3COOH có Ka=4,75,vì có tính axit nên nó có thể phản ứng với một số kim
loại,oxit kim loại và kiềm:
2CH3COOH +2Na→2CH3COONa+H2
2CH3COOH +Mg → (CH3COO)2Mg+H2O
CH3COOH +NaOH→CH3COONa+H2O
Phản ứng tạo este:

CH3COOH +R-OH

Ví dụ: CH3COOH +C2H5-OH

→CH3COO-R+ H2O

→CH3COO- C2H5+ H2O

*Các phương pháp điều chế:
-Oxi hóa hidrocacbon no:
-Oxi hóa anken thành hỗn hợp axit:
-Các ancol,andehit,xeton khi bị oxi hóa tạo ra hỗn hợp axit:
Ứng dụng:

Đồ án môn Quá trình thiết bị

Page
9 9

Dương Ngô Vụ
Lớp DHCNH3-K5


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hoá

Acid acetic: là một loại acid quan trọng nhất trong các loại acid hữu cơ. Nó rẻ
nên được ứng dụng rộng rãi và là hoá chất cơ bản để điều chế nhiều hợp chất

quan trọng. Acid acetic được ứng dụng trong các nghành :
+ Làm dấm ăn.
+ Đánh đông mủ cao su
+ Làm chất dẻo tơ lụa xeluloza acetat .
+ Làm phim ảnh không nhạy lửa.
+ Làm chất kết dính polyvinyl acetat .
+ Làm phẩm màu, dược phẩm, nước hoa tổng hợp.

II. SƠ ĐỒ CHƯNG :
1. Chú thích các kí hiệu trong qui trình:

Đồ án môn Quá trình thiết bị

Page
1010

Dương Ngô Vụ
Lớp DHCNH3-K5


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hoá

6
3
7

5
11

4
9

2

1

10

8

Trong đó:
1- Thùng chứa hỗn hợp đầu

6- Thiết bị ngưng tụ hồi lưu

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 đáy tháp

5- Tháp chưng luyện

10- Thùng chứa sản phẩm đáy
11- Lưu lượng kế

Đồ án môn Quá trình thiết bị

Page
11 11

Dương Ngô Vụ
Lớp DHCNH3-K5


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hoá

2 . Thuyết minh dây chuyền sản xuất:
Dung dịch đầu ở thùng (1) được bơm (2) bơm liên tục lên thùng cao vị (3), mức
chất lỏng cao nhất ở thùng cao vị được khống chế nhờ ống chảy tràn, từ thùng cao vị
dung dịch được đưa vào thiết bị đun nóng (4) qua lưu lượng kế (11), ở đây dung dịch
được đun nóng đến nhiệt độ sôi bằng hơi nước bão hoà, từ thiết bị gia nhiệt (4) dung
dịch được đưa vào tháp chưng luyện (5) nhờ đĩa tiếp liệu, trong tháp hơi đi từ dưới lên
gặp chất nỏng đi từ trên xuống, nhiệt độ và nồng độ các cấu tử thay đổi theo chiều cao
của tháp. Vì vậy hơi từ đĩa phía dưới lên đĩa phía trên, các cấu tử có nhiệt độ sôi cao
(CH3COOH) sẽ được ngưng tụ lại và cuối cùng trên đỉnh ta thu được hỗn hợp gồm
hầu hết các cấu tử dễ bay hơi (CH3COCH3). Hơi đó đi vào thiết bị ngưng tụ hồi lưu
(6), ở đây nó được ngưng tụ lại.
Một phần chất lỏng đi qua thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh đến nhiệt độ cần
thiết rồi đi vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (8), một phần khác hồi lưu về tháp ở đĩa trên

cùng.
Chất lỏng đi từ trên xuống gặp hơi có nhiệt độ cao hơn, một phần cấu tử có
nhiệt độ sôi thấp được bốc hơi và do đó nồng độ cấu tử khó bay hơi trong chất lỏng
ngày càng tăng và cuối cùng ở đáy tháp ta thu dược hỗn hợp lỏng gồm hầu hết là cấu
tử khó bay hơi. Chất lỏng đi ra khỏi tháp được làm lạnh rồi đi vào thùng chứa sản
phẩm đáy (10). Như vậy với thiết bị làm việc liên tục thì hỗn hợp đầu được đưa vào
liên tục và sản phẩm cũng được tháo ra liên tục.

-Tháp chóp
Ưu điểm : hiệu suất truyền khối cao , ổn định , ít tiêu hao năng lượng hơn nên
có số mâm ít hơn
Nhược điểm : chế tạo phức tạp , trở lực lớn
Đồ án môn Quá trình thiết bị

Page
1212

Dương Ngô Vụ
Lớp DHCNH3-K5


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hoá

3 . Các kí hiệu trước khi tính:
•

Giả thiết
+ Số mol pha hơi đi từ dưới lên là bằng nhau trong tất cả mọi tiết diện của

tháp.
+ Số mol chất lỏng không thay đổi theo chiều cao đoạn chưng và đoạn luyện.
+ Hỗn hợp đầu đi vào tháp ở nhiệt độ sôi.
+ Chất lỏng ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ có thành phần bằng thành phần
của hơi đi ra ở đỉnh tháp.
+ Cấp nhiệt ở đáy tháp bằng hơi đốt gián tiếp.
•

Yêu Cầu thiết bị:
F: Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu. F = 10,3(tấn/h)
Thiết bị làm việc ở áp suất thường
Tháp chưng loại: tháp chóp

•

Điều kiện:
aF : Nồng độ CH3-CO-CH3 trong hỗn hợp đầu = 0,34(phần khối lượng)
aP: Nồng độ CH3-CO-CH3 trong sản phẩm đỉnh = 0,92(phần khối lưọng)
aW: Nồng độ CH3-CO-CH3 trong sản phẩm đáy = 0,012(phần khối lượng)
MA: Khối lượng phân tử của CH3COCH3= 58(kg/kmol)
MB: Khối lượng phân tử của CH3COOH= 60(kg/kmol)

Đồ án môn Quá trình thiết bị

Page
1313

Dương Ngô Vụ
Lớp DHCNH3-K5

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hoá

PHẦN II. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
I. TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU TOÀN THIẾT BỊ
1. Tính toán cân bằng vật liệu:

D,yD

F,xF

D0

L0

DU

LU

P,xP

W,xW

(sơ đồ hệ thống tháp chưng)
Hỗn hợp đầu vào F(CH3COCH3 - CH3COOH)được tách thành sản phẩm đỉnh
P(CH3COCH3) và sản phẩm đáy W(CH3COOH) ở đĩa trên cùng có một lượng lỏng hồi
lưu, ở đáy tháp có thiết bị đun sôi, lượng hơi đi ra đỉnh tháp là D.

+ Theo phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp:
F=P+W
+ Phương trình cân bằng vật liệu cho riêng cấu tử dễ bay hơi (CH3COCH3):
F.aF = P.aP + W.aW
-Lượng sản phẩm đáy:
0,92 − 0,34
W = F . = 10300. 0,92 − 0.012 = 6579,295(kg/h)

-Lượng sản phẩm đỉnh:
P = F - W = 10300 – 6579,295= 3720,705(kg/h)

Đổi nồng độ phần khối lượng sang phần mol

Đồ án môn Quá trình thiết bị

Page
1414

Dương Ngô Vụ
Lớp DHCNH3-K5


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hoá

Áp dụng công thức:
aA
MA
aA

a
+ E
x = MA ME
aF
0,34
MA
58
aF 1 − aF
0,34 1 − 0,34
+
+
M
M
B
60
→ xF = A
= 58
= 0,3476phần mol

aP
0,92
MA
58
=
aP 1 − aP 0,92 1 − 0,92
+
+
M
M
58

60
B
xP = A
= 0,9224 phần mol

aW
xW = M A

aW
MA
1 − aW
+
MB

0, 012
58
0, 012 1 − 0, 012
+
60
= 58
= 0,0124 phần mol

Đổi lượng F , P , W ra (kmol/h):
GF = F’ =

10300
= 0,3476.58 + (1 − 0,3476).60 = 173,679(kmol/h)

GP =P’ =

3720, 705
= 0,9224.58 + (1 − 0,9224).60 = 63,979(kmol/h)

6579, 295
GW =W’ = = 0, 0124.58 + (1 − 0, 0124).60 = 109,700(kmol/h)

2. Xác định số bậc thay đổi nồng độ (số đĩa lý thuyết)
2.1 Xác định chỉ số hồi lưu tối thiểu
Dựng đường cân bằng theo số liệu đường cân bằng tra ở đường cân bằng lỏng- hơi và
nhiệt độ sôi của 2 cấu tử ở 760 mmHg ( tính theo % số mol ) của axeton-axit axetic
( Bảng IX. 2a_ 145_STQTTB tập II )

Đồ án môn Quá trình thiết bị

Page
1515

Dương Ngô Vụ
Lớp DHCNH3-K5


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
x%

0

5

y%

0

t0C

118,1

Khoa Công Nghệ Hoá

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

16,2

30,6

55,7

72,5

84

91,2

94,7

96,9

98,4

99,3

100

110

103,8

93,1

85,8

79,7

74,6

70,2

66,1

62,6

59,2

56

-Đồ thị đường cân bằng lỏng hơi:

Vẽ đồ thị đường cân bằng lỏng hơi x _ y :

- Từ xF kẻ đường thẳng song song với trục y và cắt đường cân bằng
tại A. từ A kẻ đường song song với trục x cắt trục y tại B . Xác định trên đồ thị
có y*F=0.7856
xP − y* F
*
Rmin = y F − x F

-Áp dụng công thức :
=>

0.9224 − 0,7856
Rmin = 0, 7856 − 0,3476 = 0,3123

-Xác định chỉ số hồi lưu làm việc:

(Rx)

Vấn đề chọn chỉ số hồi lưu thích hợp rất quan trọng, vì khi chỉ số hồi lưu bé thì số
bậc của tháp lớn hơn nhưng tiêu tốn lượng hơi đốt ít, ngược lại khi chỉ số hồi lưu lớn
thì số bậc tháp ít hơn nhưng tiêu tốn hơi đốt lớn
Rth : chỉ số hồi lưu thích hợp được tính theo tính chất thể tích tháp nhỏ nhất
Nlt : số bậc thay đổi nồng độ ( số đĩa lý thuyết )

Đồ án môn Quá trình thiết bị

Page
1616

Dương Ngô Vụ
Lớp DHCNH3-K5


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
→ Chỉ số hồi lưu thích hợp

Khoa Công Nghệ Hoá

Rx = β. Rmin

β : hệ số hiệu chỉnh ( 1,2 → 2,5 )
Ứng với mỗi giá trị R > R min, ta dựng một đường làm việc tương ứng và tìm được một
giá trị Nlt
+ β = 1,2 → Rx = 0,3747.Số đĩa lý thuyết Nlt=13

+ β = 1,3 → Rx = 0,406. Số đĩa lý thuyết Nlt= 12

+ β = 1,4→ Rx = 0,4372. Số đĩa lý thuyết Nlt= 11

Đồ án môn Quá trình thiết bị

Page
1717

Dương Ngô Vụ
Lớp DHCNH3-K5


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hoá

+ β = 1,5→ Rx = 0,4685. Số đĩa lý thuyết Nlt= 11

+ β = 1,6→ Rx = 0,4997. Số đĩa lý thuyết Nlt= 11

+ β = 1,7→ Rx = 0,5309. Số đĩa lý thuyết Nlt= 10

Đồ án môn Quá trình thiết bị

Page
1818

Dương Ngô Vụ
Lớp DHCNH3-K5

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hoá

+ β = 1,8→ Rx = 0,5621. Số đĩa lý thuyết Nlt= 10

+ β = 1,9→ Rx = 0,5934. Số đĩa lý thuyết Nlt= 10

+ β = 2,0→ Rx = 0,6246. Số đĩa lý thuyết Nlt= 9

Đồ án môn Quá trình thiết bị

Page
1919

Dương Ngô Vụ
Lớp DHCNH3-K5


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hoá

+ β = 2,1→ Rx = 0,6558. Số đĩa lý thuyết Nlt= 9

+ β = 2,2→ Rx = 0,6871. Số đĩa lý thuyết Nlt= 9

Đồ án môn Quá trình thiết bị

Page
2020

Dương Ngô Vụ
Lớp DHCNH3-K5


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hoá

+ β = 2,3→ Rx = 0,7183. Số đĩa lý thuyết Nlt= 9

+ β = 2,4→ Rx = 0,7495. Số đĩa lý thuyết Nlt= 9

+ β = 2,5→ Rx = 0,7807. Số đĩa lý thuyết Nlt= 9

Đồ án môn Quá trình thiết bị

Page
2121

Dương Ngô Vụ
Lớp DHCNH3-K5


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hoá

Từ các đồ thị trên ta có bảng sau:
B=

Với

β

RX

xP
RX + 1

B

Nlt

Nlt( RX +
1)

1,2

0,3747

0,6710

13

17,8711

1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8

0,4060
0,4372
0,4685
0,4997
0,5309
0,5621

0,6560
0,6418
0,6281
0,6150
0,6025
0,5905

12
11
11
11
10
10

16,872

1,9
2,0
2,1
2,2

0,5934
0,6246
0,6558
0,6871

0,5788
0,5677
0,5570
0,5467

10
9
9
9

15,934

2,3
2,4
2,5

0,7183
0,7495
0,7807

0,5368
0,5272
0,5179

9
9
9

15,4647

15,8092
16,1535
16,4867
15,309
15,621
14,6214
14,9022
15,1839
15,7455
16,0623

-Dựng đồ thị quan hệ giữa RX – Nlt(Rx + 1)
Đồ án môn Quá trình thiết bị

Page
2222

Dương Ngô Vụ
Lớp DHCNH3-K5

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hoá

Hình 1: Đồ thị quan hệ giữa RX – Nlt(Rx + 1)

-Xác định đồ thị quan hệ giữa Rx và Nlt.(R+1). Ta thấy Rx =0,6246 có Nlt.(Rx+1)
giá trị nhỏ nhất ( thể tích tháp nhỏ nhất ) → Rth = 0,6246
2.2 Phương trình làm việc của đoạn luyện :

- Phương trình cân bằng vật liệu
D0 = L0 + P
Trong đó : D0 : lượng hơi đi từ dưới lên
L0 : lượng lỏng hồi lưu đi từ trên xuống
-

Phương trình cân bằng vật liệu cho cấu tử dễ bay hơi là:
D0.y = L0.x+ P.xP
⇔ ( L0 + P).y = L0.x+ P.xP

⇒y=

L0
P
x+
xP
L0 + P
L0 + P (1)

L0
= Rx
Đặt P
:chỉ số hồi lưu

Biến đổi phương trình (1) theo Rx ta được:
Đồ án môn Quá trình thiết bị

Page
2323

Dương Ngô Vụ
Lớp DHCNH3-K5


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
⇒y=

Khoa Công Nghệ Hoá

Rx
1
x+
xP
Rx + 1
Rx + 1

Với :
y : nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi đi từ dưới lên.
x : nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng chảy từ đĩa xuống.

Rx : chỉ số hồi lưu.
Thay số vào ta có :

0, 6246
0,9224
.x +
0, 6246 + 1
yl = 0, 6246 + 1
→ yl = 0,3845x + 0,5678
2.3 Phương trình làm việc đoạn chưng:

- Phương trình cân bằng vật liệu:
Du = Lu –w
- Phương trình cân bằng vật liệu cho cấu tử dễ bay hơi:
Du.y = Lu.x – w.xw
⇔ (Lu – w).y = Lu.x – w.xw
 Lu = L0 + F ' = L0 + P '+ w

Mà  w = F '− P '

Thay vào ta có : (P’+ L0).y= (F’+L0).x – (F’-P’).xw
⇒y=
L
R= 0
P'
Đặt :
⇒y=

,

L0 + F '
F '− P '
x−
xw
L0 + P '
L0 + P '

F'
f = '
P

R+ f
f −1
x−
xw
R +1
R + 1 (2)

Trong đó:
173, 679
F'
f = P ' = 63,979 = 2,7146

Thay vào biểu thức số(2) với xw=0,0124 ta có :

Đồ án môn Quá trình thiết bị

Page
2424

Dương Ngô Vụ
Lớp DHCNH3-K5


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hoá

0, 6246 + 2, 7146
2, 7146 − 1
.x −
.0, 0124
0,
6246
+
1
0,
6246
+
1
yc =
→ yc = 2,0554.x – 0,01308

2.4 Số đĩa lý thuyết :

Với Rth = 0,6246 dựa vào đường cân bằng và đường làm việc, ta xác định số đĩa lý
thuyết : Nlt = 9
Trong đó

Số đĩa đoạn chưng =7

Số đĩa đoạn luyện =2

II-TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP :
Đường kính của tháp được xác định theo công thức:

Đồ án môn Quá trình thiết bị

Page
2525

Dương Ngô Vụ
Lớp DHCNH3-K5