Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ ngô hạt nghiền khô năng suất 600 nghìn lít tháng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA HÓA

THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN TUYỆT ĐỐI TỪ
NGÔ HẠT NGHIỀN KHÔ NĂNG SUẤT 600 NGHÌN
LÍT/THÁNG.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Hồng Kha
Số thẻ SV: 107140072
Lớp: 14H2A

(PHỤ LỤC)

Đà Nẵng – Năm 2019

Phụ lục

1


PHỤ LỤC

Phụ lục 1: Tính toán cân bằng vật chất cho công đoạn chưng cất.
1. Tính toán cân bằng vật chất cho tháp thô (tính cho 100 kg giấm)
Dịch giấm chín trước khi vào đĩa tiếp liệu có nồng độ 7,43% V= 5,86% khối lượng.
Nhiệt độ sôi tương ứng ở nồng độ đó là: ts = 94,26°C [6].
Trước khi vào tháp, giấm được hâm nóng đến 700C ở thiết bị hâm giấm. Sau đó đưa vào
tháp thô để nâng nhiệt độ đến t = 94,26oC.
Nhiệt lượng cần đun nóng giấm từ 700C đến nhiệt độ sôi tính cho 100 kg giấm:
Q = 100  CD  (tS − t D )

Trong đó:
100: Khối lượng giấm vào tháp.
CD = 1,019 – 0,0095  B: Nhiệt dung riêng của giấm (Kcal/kg.độ).
B = 5,86%: Nồng độ chất khô trong giấm (%).
Suy ra : CD = 1,019 – 0,0095  5,86% =1,018 (kcal/kg.độ)
Nên: Q = 100 × 1,018 × (94,26 − 70) = 2469,67 (kcal)
Nồng độ ethanol tại đĩa tiếp liệu x = 5,86%. Nhiệt độ sôi tương ứng ở nồng độ đó là ts =
94,26°C. Nồng độ rượu ở pha hơi: y = 40,54%
Khối lượng hơi rượu bốc lên khỏi tháp thô ứng với 100 kg giấm là:
100×x

G =

y

=

100×5,86
40,54

= 14,455 (kg)

Thực tế lượng hơi thường cấp dư nên lượng hơi rượu thực tế là:
GT = G × β = 14,455 × 1,05 = 15,178 (Với β = 1,05: Hệ số hơi thừa).
5,86

Nồng độ thật của rượu ở pha hơi: y = 15,178 ×100 = 38,61% khối lượng.
Phương trình cân bằng vật chất cho tháp thô ứng với 100 kg giấm chín giả sử rằng lượng
rượu trong bã là không đáng kể: P + 100 = R + GT

Trong đó : P – Lượng hơi nước cần dùng, kg/h.
R – Lượng bã rượu, kg/h.
GT – Lượng hơi rượu đi ra khỏi tháp.
Suy ra :
100 + P = R + 15,178  P + 84,822= R.
Trong đó :
P – Lượng hơi nước cần dùng, kg/h.
R – Lượng bã rượu, kg/h.
GT – Lượng hơi rượu đi ra khỏi tháp.
Phụ lục

2


Bảng 4.5 Bảng cân bằng nhiệt lượng ứng với 100 kg giấm chín
Thành phần nhiệt

Khối
lượng (kg)

Nhiệt lượng riêng
(KJ/kg)

Tính toán nhiệt
(KJ)

Giấm chín
100
279
100×279=27900

Hơi nước
P
2680
2680×P
Hơi nước - rượu
15,178
2010
15,178×2010=30507,8
Ra
Bã
84,822+P
420
(84,822+P) ×420
Nhiệt làm mát.
8,4×mgiấm
Phương trình cân bằng nhiệt:
27900+2680  P = 30507,8 + (84,822+P)  420+ 840
→ P = 17,29 (kg) → R = 102,11 (kg)

Vào

Ta có 100 kg giấm chín cần 17,29 (kg) hơi và lượng bã thu được là 102,11 (kg)
Hơi đốt cần cung cấp cho 4,452 × X (kg) giấm chín:
4,452 × X × 17,29
mhơi =
= 0,77 × X (kg)
100
Lượng bã từ 4,452 × X (kg) giấm chín là:
4,452 × X × 102,11
mbã =

= 4,546 × X (kg)
100
Lượng hơi ứng với 4,452 × X (kg) giấm chín là:
4,452 × X × 5,86
G=
= 0,644 × X (kg)
40,54
Lượng hơi thực tế đi ra khỏi tháp thô vào thiết bị ngưng tụ:
GT = G × β = 0,644 × X × 1,05 = 0,676 × X (kg)
Có lượng hơi thu được đem đi ngưng tụ thành rượu thô.
Nên lượng rượu thô là : 0,676 × X (kg)
Hao hụt ở chưng cất là 1%, nên lượng rượu thô thực tế thu được là:
0,676 × X × (100 − 1)
mrượu thô =
= 0,669 × X (kg)
100
2. Tính toán cân bằng vật chất cho tháp andehyt
Rượu thô trước khi vào đĩa tiếp liệu có nồng độ 38,61% khối lượng. Nhiệt độ sôi tương ứng
ở nồng độ đó là: t s = 83,34°C [6].
Nồng độ ethanol tại đĩa tiếp liệu x= 38,61% khối lượng. Nhiệt độ sôi tương ứng tại nồng độ
đó là 83,340C, nồng độ rượu ở pha hơi: y= 74,183% khối lượng.
Trong tháp andehyt lượng tạp chất đầu (chủ yếu là hợp chất andehyt) bị tách ra 4% so với
khối lượng rượu thô, do đó:
mtạp chất đầu = 4% × mrượu thô = 4% × 0,669 × X = 0,027 × X (kg)
Phụ lục

3


Khối lượng tạp chất đầu lấy ra ở tháp andehyt ứng với 15,178 (kg) rượu thô là:

A = 4% × 15,178 = 0,607(kg)
Phương trình đường cân bằng cho tháp andehyt ứng với 15,178 (kg) rượu thô giả định rằng
lượng rượu trong tạp chất đầu là không đáng kể: Ph(a) + 15,178 = A + Ga
Trong đó: Ph(a) : Lượng hơi nước cần dùng, kg/h
A : Lượng tạp chất đầu, kg/h
Ga : Lượng rượu tinh (1) ở đáy tháp andehyt trước khi đi vào tháp tinh chế
Suy ra : Ph(a) + 15,178 = 0,607 + Ga ↔ Ph(a) + 14,571 = Ga
Bảng 4.6 Bảng cân bằng nhiệt lượng ứng với 15,178 kg rượu thô

Vào

Thành phần nhiệt

Khối lượng (kg)

Rượu thô
Hơi nước
Rượu tinh (1)
Tạp chất đầu

15,178
Ph(a)
Ph(a) +14,571
0,607

Nhiệt
lượng
riêng
(KJ/kg)
1314

2680
1500
1369

Nhiệt làm mát

Ra

Tính toán nhiệt (KJ)

15,178×1314= 19943,9
2680×Ph(a)
(14,571+ Ph(a))×1500
0,607×1369= 830,98
8,4 × mgiấm
× mrượu thô
GT
= 840

Phương trình cân bằng nhiệt:
19943,9 + 2680 × Ph(a) = (14,571 + Ph(a) ) × 1500 + 830,98 + 840
↔ Ph(a) = 3,037(kg)
Ta có 15,178 kg rượu thô cần 3,037 (kg) hơi và lượng rượu tinh (1) thu được là 17,608 (kg)
Hơi đốt cần cung cấp cho 0,669 × X (kg) rượu thô:
0,669 × X × 3,037
mhơi =
= 0,134 × X (kg)
15,178
Lượng rượu tinh (1) thu được ứng với 0,669 × X (kg) rượu thô là:
0,669 × X × 17,608 × 38,61

Ga =
= 0,404 × X (kg)
15,178 × 74,183
Nên lượng rượu tinh (1) là : 0,404 × X (kg)
Hao hụt ở tháp andehyt là 0,5%, nên lượng rượu tinh thực tế thu được là:
0,404 × X × (100 − 0,5)
mrượu tinh(1) =
= 0,402 × X (kg)
100
3. Tính toán cân bằng vật chất cho tháp tinh
Phụ lục

4


Rượu tinh (1) trước khi vào đĩa tiếp liệu có nồng độ 74,183% khối lượng. Nhiệt độ sôi
tương ứng ở nồng độ đó là: t s = 79,830 C [6].
Nồng độ rượu tại đĩa tiếp liệu x=74,183% khối lượng. Nhiệt độ sôi tương ứng tại nồng độ
đó là 79,830C, nồng độ rượu ở pha hơi: y=83,47% khối lượng bằng 66,37% mol.
Lượng tạp chất cuối (chủ yếu là axit acetic) bị tách ra bằng 3% lượng rượu tinh (1) thu
được:
mtạp chất cuối = 3% × mrượu tinh(1) = 3% × 0,402 × X = 0,012 × X (kg)
Lượng tạp chất cuối ứng với 17,608 (kg) rượu tinh (1): S = 3% × 17,608 = 0,528 (kg)
Phương trình đường cân bằng cho tháp tinh ứng với 1 (kg) rượu tinh (1) giả định rằng
lượng rượu trong tạp chất cuối là không đáng kể: Ph(t) + 17,608 = S + Gt
Trong đó :
Ph(t) : Lượng hơi nước cần dùng, kg/h;
S : Lượng tạp chất cuối, kg/h
Gt : Lượng rượu tinh (2) thu được ở đỉnh tháp tinh
Suy ra: Ph(t) + 17,608 = 0,528 + Gt ↔ Ph(t) + 17,08 = Gt

Bảng 4.7 Bảng cân bằng nhiệt lượng ứng với 17,608 kg rượu tinh (1)
Nhiệt

Vào

Thành phần nhiệt

Khối lượng (kg)

Rượu tinh (1)
Hơi nước
Rượu tinh (2)
Tạp chất cuối

17,608
Ph(t)
Ph(t) +17,08
0,528

lượng
riêng
(KJ/kg)
1214
2680
1341
405

Ra
Nhiệt làm mát.

Tính toán nhiệt (KJ)

17,608×1214=21376,11
2680  Ph(t)
(Ph(t) +17,08)×1341
0,528× 405=213,84
8,4 × mgiấm × mrượu tinh 1
GT
= 974

Phương trình cân bằng nhiệt lượng:
21376,11 + 2680 × Ph(t) = (Ph(t) + 17,08) × 1341 + 213,84 + 974
↔ Ph(t) = 2,028(kg)
Ta có 17,608 kg rượu tinh (1) cần 2,028 (kg) hơi và lượng hơi rượu tinh (2) thu được là
19,108 (kg).
Hơi đốt cần cung cấp cho 0,402 × X (kg) rượu tinh (1):
0,402 × X × 2,208
mhơi =
= 0,05 × X (kg)
17,608
Lượng hơi rượu thu được ứng với 0,402 × X (kg) rượu tinh (1) là:
Phụ lục

5


0,402 × X × 19,108 × 74,183
= 0,388 × X (kg)
17,608 × 83,47
Lượng hơi rượu thực tế:

Gt =

GT(t) = Gt × β = 0,388 × X × 1,05 = 0,407 × X (kg)
Nên lượng rượu tinh (2) là: 0,407 × X (kg)
Hao hụt ở tháp tinh là 1%, nên lượng rượu tinh (2) thực tế thu được là:
0,407 × X × (100 − 1)
mrượu tinh(2) =
= 0,403 × X (kg)
100
3. Tính toán cân bằng vật chất cho tháp làm sạch
Xem lượng rượu cồn đầu và dầu fusel không đáng kể.
Có : Vrượu tinh (2) × xt(2) = Vc × xc
Với: Vrượu tinh (2) : Thể tích rượu tinh (2) thu được ở tháp tinh
xt(2) : Nồng độ rượu trong rượu tinh (2), x = 66,37% V
Vc : Thể tích sản phẩm lấy ra
xc : Nồng độ cồn sản phẩm lấy ra. xc = 95,57% V
Khối lượng riêng của rượu là ρ = 0,789 kg/lít
Thể tích rượu tinh (2) thu được là:
mrượu tinh (2) 0,403 × X
Vrượu tinh (2) =
=
= 0,511 × X (lít)
ρ
0,789
Lượng cồn sản phẩm lấy ra là:
0,511 × X × 66,37
Vc =
= 0,355 × X (lít)
95,57
Hao hụt ở tháp làm sạch là 0,5% nên lượng cồn 95,570 thực tế thu được là:

0,355 × X × (100 − 0,5)
Vc(tt) =
= 0,353 × X (lít)
100
Phụ lục 2: Tính toán cân bằng vật chất cho công đoạn chưng đẳng phí
Vc(tt) × xc = Vkhan × xkhan
Vc(tt): thể tích rượu 95,570 vào
xc : nồng độ rượu, xc= 95,570
Vkhan : thể tích sản phẩm lấy ra
xkhan : nồng độ cồn khan lấy ra, xkhan = 99,60
Vc(tt)× xc 0,353 × X × 95,57
→ Vkhan =
=
= 0,339 × X (lít)
xkhan
99,6
- Khối lượng cồn 95,57 °:
mc(tt) = Vc(tt) × 0,789 = 0,353 × X × 0,789 = 0,278 × X (kg)

Phụ lục

6


Khi cho benzen vào tạo hỗn hợp đẳng phí gồm 3 cấu tử như sau: 18,5% ethanol; 7,4%
nước; 74,1% benzene [6].
Gọi A là khối lượng benzen cần cung cấp:
A
0,741 =
0,278 × X + A

→ A = 0,795 × X
- Khối lượng benzen vào:
mbenzen = 0,795 × X (kg)
- Khối lượng cồn 99,6 ra:
0

mkhan = Vkhan × 0,789 = 0,339 × X × 0,789 = 0,267 × X
Bảng 4.8 Bảng cân bằng nhiệt lượng
Nhiệt
Thành phần nhiệt

Khối lượng
(kg)

lượng
riêng
(KJ/kg)

Tính toán nhiệt (KJ)

Cồn 95,570
0,278×X
1214
0,278×X×1214=337,49×X
Vào
Hơi nước
Ph(t)
2680
2680  Ph(t)
Benzen

0,795×X
940
0,795×X×940=747,3×X
Cồn khan
0,267×X
1500
0,267×X×1500=400,5×X
Ra
Sản phẩm đỉnh
Pht+0,795×X
1145
(Ph(t) +0,795×X)×1145
Nhiệt làm mát.
840
Phương trình cân bằng nhiệt lượng:
337,49×X+2680  Ph(t)+ 747,3×X=400,5×X+(Ph(t) +0,795×X)×1145+840
Pht=0,147×X+0,547
Lượng cồn tuyệt đối thực tế thu được là:
Vkhan(tt)=0,339×X×

100 − 1
=0,337×X (lít)
100

Phụ lục 3: Tính chọn thiết bị tháp thô
1. Xác định số đĩa lý thuyết
Với tháp thô nồng độ cồn vào tháp là 7,43% V = 5,86% khối lượng, có nhiệt độ sôi của nó
ở nhiệt độ thường là: ts =94,26 0C, áp suất hơi đốt 1,5 (kg/cm2).
Xác định chỉ số hồi lưu: Rxmin =

x P − yF

*

*

yF - x F

Với : xF là nồng độ % mol rượu trong hỗn hợp đầu, xF =2,371% mol
xP là nồng độ % mol rượu trong sản phẩm đỉnh, xP =52,93% mol

Phụ lục

7


yF* là nồng độ phần mol của rượu trong pha hơi, cân bằng với nồng độ của rượu
trong pha lỏng, xF =2,371% mol => yF* = 21,062% mol
=> Rxmin =

x P − yF
*

*

yF - x F

=

52,93 - 21,062

=1,705
21,062 - 2,371

Chọn b= 2,5. Do đó: Rx =b× Rxmin = 2,5 ×1,705=4,263
R+L
1− L
Phương trình làm việc có dạng: y=
×x +
xw
R +1
R +1
L: Lượng hỗn hợp đầu tính trên một đơn vị sản phẩm đỉnh L =

x p − xw
x f − xw

=22,36

xw: nồng độ phần mol sản phẩm đáy, xw = 0,004% mol
=>y =

4,263 + 22,36
1 − 22,36
×x +
xw =5,06x- 0,016
4,263 + 1
4,263 + 1

Số đĩa lý thuyết của tháp được xác định từ hai khoảng nồng độ: Từ 0,6 đến 52,9% mol
được xác định theo phương pháp đồ thị trên cùng một hệ trục toạ độ x – y: biểu diễn đường làm

việc và đường cân bằng rồi xác định số bậc thay đổi nồng độ, giá trị thay đổi số bậc nồng độ
chính là số đĩa lý thuyết.

X - Y Diagram

1,0

0,8

Y

0,6

0,4

0,2

0,0
0,0

0,2

0,4

X

0,6

0,8

1,0

Hình 5.39 Đồ thị xác định số đĩa làm việc của tháp thô
Theo đồ thị số đĩa lý thuyết là n1 = 4 đĩa.
xR : Nồng độ rượu trong bã, xR = 0,004% mol
G : Lượng hơi (mol) đi trong tháp ứng với 100 kg giấm:
P
17,29
G=
=
= 0,96 (kmol)
18
18
L : Dòng chất lỏng tổng cộng từ giấm chín và hơi ngưng tụ: L = L1 + L2
Phụ lục

8


L1 : Lượng giấm đưa vào:
5,86 100 − 5,86
+
= 5,357 (kmol)
46
18
L2 : Lượng lỏng hình thành do ngưng tụ hơi nước khi cấp nhiệt cho giấm:
Q
L2 =
E × 18
Q : Lượng nhiệt cung cấp cho 100 kg giấm đến nhiệt độ sôi:

Q = 2469,67 (kcal) =10337,54 (kJ)
L1 =

E: Nhiệt lượng riêng của hơi áp suất 1,5kg/cm2, E = 2680 (kJ/kg)
10337,54
→ L2 =
= 0,214 (kmol)
2680 × 18
=> L = L1 + L2 = 5,357 +0,214 =5,571 (kmol).
Trong khoảng nồng độ từ 0,004% đến 0,6% mol được xác định theo phương trình CoperrXapuha :
x K×G
log [1 + x 0 ( 2 − 1)]
w
n2 =
K×G
log ( L )
x0 = 0,6% mol, xw = 0,004% mol
K : Hệ số bay hơi đối với rượu etylic, ở khoảng nồng độ thấp: 0,004-0,6% mol có thể lấy
bằng 13.
G, L: Lượng hơi, lỏng đi trong tháp, G = 0,96 (kmol), L = 5,571 (kmol).
Từ đó có được:
0,6
0,96
log[1 + 0,004 × (13 × 2 − 1)]
→ n2 =
= 8,27
13 × 0,96
log( 5,571 )
Tổng số đĩa lý thuyết của tháp giấm: Nlt = n1 + n2 = 4+8,27 = 12,27 (đĩa).
Trong thực tế hiệu suất đĩa : µ = 0,2-0,9. Chọn µ = 0,55

Như vậy số đĩa thực tế của tháp:
Nlt 12,27
Ntt =
=
= 22,3 ≈ 23 (đĩa)
µ
0,55
2. Đường kính của tháp thô
Đường kính tháp giấm: D = 0,0188

gtb
[7].
(  y wy )tb

gtb : Lượng hơi trung bình đi trong tháp, kg/h
(ywy)tb = 0,065 × [] ×

h   xtb   ytb

[] : Hệ số tính đến sức căng bề mặt.
Phụ lục

9


Khi  < 20 dyn/cm (N/s) thì [] = 0,8.
Khi  > 20 dyn/cm (N/s) thì [] = 1.
Khi nồng độ càng nhỏ thì  càng lớn, ứng với nồng độ rượu pha lỏng trong tháp 5,86% khối
lượng thì sức căng bề mặt luôn luôn lớn 20 dyn/cm, nên [] = 1.
xtb : Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng, kg/m3:

a
1 − a tbl
1
= tbl +
ρ xtb ρ R
ρN

R, N : Khối lượng riêng trung bình của rượu và nước của pha lỏng lấy theo nhiệt độ trung
bình trong tháp, kg/m3
Nhiệt độ đỉnh tháp 94,260C, nhiệt độ đáy tháp 1050C, nhiệt độ trung bình là 99,630C. Khối
lượng riêng của rượu, nước ở 99,4550C: R = 716,35 kg/m3, N = 958,26 kg/m3 [4].
atbl : Nồng độ phần khối lượng trung bình của rượu trong pha lỏng. Nồng độ % khối lượng
của rượu ở đáy tháp rất bé, có thể lấy nồng độ trung bình của rượu ở pha lỏng như sau:
atbi =

5,86
2

= 2,93% khối lượng = 0,0293 phần khối lượng
→

=>

1
ρxtb

=

0,0293 1 − 0,0293

+
716,35
958,26

xtb = 948,87 (kg/m )
3

Khối lượng riêng trung bình của pha hơi: ρ y tb =

y  M

R

+ (1 − y )  M N  273
22,4  T

MR = 46, MN = 18
T : Nhiệt độ tuyệt đối trung bình, T = 273 + 99,63 = 372,630K

y1 + y 2
2
y1 : Nồng độ phần mol ở đỉnh tháp, y1 = 52,93% mol
y2 : Nồng độ phần mol ở đĩa tiếp liệu, y2 = 2,371% mol.
=> y = 27,65% mol = 0,2765 phần mol
[ y  M R + (1 − y)  M N ]  273
=>  ytb =
22,4  T
y : Nồng độ phần mol trung bình của pha hơi, y =

=

[0,2765 × 46 + (1 − 0,2765) × 18] × 273
= 0,842
22,4 × 372,63

Do đó:
(ρy wy ) = 0,065 × 1 × √0,4 × 948,87 × 0,842 = 1,162 (kg/m3.s)
Lượng hơi trung bình đi trong tháp: gtb = DV .P (kg/h)
100

P: Lượng hơi tính cho 100 kg giấm, P=17,29 kg
Lượng giấm vào tháp trong 1 giờ: DV = 4,452×X=4,452×2487,5=11074,35 (kg/h)
Phụ lục

10


→ g tb =

11074,35×17,29
100

= 1914,755 (kg/h)

Đường kính tháp: D = 0,0188 × √

1914,755
1,162

= 0,763 (m)

Phụ lục 4: Tính chọn thiết bị cho tháp andehyt
1. Xác định số đĩa
•

Xác định chỉ số hồi lưu:

Rxmin =

x P − yF

*

*

yF - x F

Với : xF là nồng độ % mol rượu trong hỗn hợp đầu, xF =19,74% mol
xP là nồng độ % mol rượu trong sản phẩm đỉnh, xP =66,39% mol
yF* là nồng độ phần mol của rượu trong pha hơi, cân bằng với nồng độ của rượu trong pha
lỏng, xF =19,74% mol => yF* = 52,93% mol [6].
xp − yF∗ 66,39 − 52,93
→ R xmin = ∗
=
= 0,405
yF − xF 52,93 − 19,74
Hệ số dư b nằm trong khoảng 1,1- 2,5. Chọn b= 2,5
Do đó: Rx =b× Rxmin = 2,5 ×0,405 =1,0125
•

Số đĩa phần luyện:

Phương trình đường nồng độ làm việc ở đoạn luyện: y =

Rx
xP
x+
R x +1
R x +1

+ Rx: chỉ số hồi lưu, Rx = 1,0125
+ xP: nồng độ phần mol của rượu (pha lỏng) ở đỉnh tháp, xP =66,39% mol
+ x, y: nồng độ % mol của pha lỏng và pha hơi.
1,0125
66,39
y=
×x+
= 0,559 × x + 32,98
1,0125 + 1
1,0125 + 1
• Số đĩa phần chưng:
Phương trình làm việc có dạng: y=

R+L
1− L
×x +
xw
R +1
R +1

L: Lượng hỗn hợp đầu tính trên một đơn vị sản phẩm đỉnh

L=

x p − xw
x f − xw

=

66,39 − 0,002
=3,363
19,74 − 0,002

xw: nồng độ phần mol sản phẩm đáy, xw = 0,002% mol
y=

1,0125 + 3,363
1 − 3,363
×x +
xw = 2,174x- 2,3×10-3
1,0125 + 1
1,0125 + 1

Trong khoảng nồng độ 19,74% mol đến 66,39% mol, số đĩa lý thuyết được xác định theo
đồ thị.
Phụ lục

11

Dựa vào đồ thị ta có bậc thay đổi nồng độ là: 2,5
Chọn hiệu suất đĩa  = 0,5.
Số đĩa thực tế đoạn luyện là: n1 =

2,5
=5 (đĩa), lấy n1=5 đĩa
0,5

Khoảng nồng độ 0,007% mol đến 0,1974% mol, số đĩa được xác định theo đồ thị. Từ kết
quả trên đồ thị, ta có số đĩa lý thuyết: n2 = 2,5

X - Y Diagram

1,0

0,8

Y

0,6

0,4

0,2

x% mol

0,0
0,0

0,2

0,4

X

0,6

0,8

1,0

Hình 5.40 Đồ thị xác định số đĩa làm việc của tháp andehyt
Khoảng nồng độ từ 0,002% đến 0,7% số đĩa được xác định theo công thức:
n3 =

 x K .G

lg 1 + 0 (
− 1)
 xw L
 −1
KG
lg(
)
L

K: Hệ số bay hơi của rượu, K = 13
3,037
G: Lượng hơi đi trong tháp, G =

=0,169 (kmol)
18
L: Lượng lỏng đi trong tháp, L =

15,178 38,61 (100 − 38,61)  15,178

+
= 0,645 (kmol)
46
100
18  100

xo = 0,7% mol; xw = 0,002% mol
0,7 13  0,169


lg 1 +
(
− 1)
0,002
0,645
 − 1 =4,497
→ n3 = 
 13  0,169 
lg 

 0,645 

n23 = n2 + n3 = 2,5 + 4,497 = 6,997
Phụ lục

12


Chọn hiệu suất đĩa  = 0,5. Số đĩa thực tế: n =

n23



=

6,997
=13,994. Lấy n = 14 đĩa
0,5

Số đĩa của toàn tháp: N = n1 + n = 5+14=19 (đĩa)
2. Tính đường kính tháp andehyt
2.1. Đoạn luyện
Công thức tính đường kính:
g tb
D = 0,0188 × √
(m)
(PφWg )tb
Tính khối lượng riêng trung bình của pha lỏng:
1
atb 1 − atb
=
+
ρxtb ρR

ρN
R, N: Khối lượng riêng của rượu và nước lấy theo giá trị trung bình của nhiệt độ trong
tháp.
78,3 + 83,34
= 80,820 C
2
Ứng với nhiệt độ đó: R = 734,221 kg/m3, N = 971,426 kg/ m3 [4].
t tb =

a: Nồng độ phần khối lượng trung bình pha lỏng ở đoạn đỉnh tháp và đĩa tiếp liệu.
atb =

0,8347+0,3861
2

1

= 0,6104 phần khối lượng

0,6104 1 − 0,6104
+
⇒ ρxtb = 811,41 (kg/m3 )
ρxtb 734,221
971,426
Tính khối lượng riêng trung bình của pha hơi

 ytb =

=

y  M R + (1 − y)  M N
 273
22, 4  T

Với: MR, MN: Khối lượng mol của rượu và nước. MR = 46; MN = 18
T: Nhiệt độ tuyệt đối trung bình của pha hơi trong đoạn đỉnh tháp và đáy tháp
T = 80,82 + 273 = 353,82 (0K)
y: Nồng độ phần mol trung bình của pha hơi ở đoạn đỉnh tháp và đoạn tiếp liệu

yt + y d
2
yt: Nồng độ phần mol của hơi ở đĩa tiếp liệu, yt = 0,5293 phần mol
yd: Nồng độ phần mol của hơi ở đỉnh, yd = 0,6639 phần mol
y=

y=

0,5293+0,6639

ρytb =

= 0,5966

2
0,5966×46+(1−0,5966)×18
22,4×353,82

× 273 = 1,195 (kg/m3)

Vận tốc hơi đi trong phần luyện: (yWy)tb = 0,065 

Phụ lục

h  x   y
13


h: Khoảng cách giữa hai đĩa gần nhau, h = 0,3 m
 : Hệ số xét đến sự ảnh hưởng bởi sức căng bề mặt 
Với atb = 0,6104 phần khối lượng nên ta có   20 dyn/cm →   = 1
(py Wy )tb = 0,065 × 1 × √0,3 × 811,41 × 1,195 = 1,109 (kg/m2.s)
Tính lượng hơi đi trong tháp (đoạn luyện): g =

gt + g d
2

gd: Lượng hơi của đỉnh tháp:
gd = (Rx+1)×D=17,608×( 1+1,0125)=35,436 (kg)
gt: Lượng hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn luyện:
gt = Gt + D
yt×gt = Gt×xt + D×xp
gt×rt = gd×rd
+ xp: Nồng độ pha lỏng tại đỉnh tháp, xp = 0,74183 phần khối lượng
+ xt: Nồng độ pha lỏng tại đĩa tiếp liệu, xt = 0,3861 phần khối lượng.
+ D: Sản phẩm đỉnh, D = 17,608 kg
+ yt: Nồng độ pha hơi tại đĩa tiếp liệu, yt = 0,74183 phần khối lượng
+yd: Nồng độ pha hơi tại đỉnh, yd = 0,8347 phần khối lượng
+ rt , rd : Ẩn nhiệt hóa hơi của dung dịch ở đĩa tiếp liệu và đỉnh
rt = rRt  yt + (1 - yt)  rNt
rd = rRd  yd + (1 - yd)  rNd
Ở đĩa tiếp liệu (t0s = 83,340C): rRt =200,349 (kcal/kg), rNt =554,79 (kcal/kg).

Ở đỉnh (t0s = 78,30C): rRd = 202,68 kcal/kg, rNd=560,7 kcal/kg.
→ rd = 202,68  0,8347+(1–0,8347)  560,7=261,86 (kcal/kg) [4].
Giải hệ phương trình trên được:
D × (xp − xt ) 17,608 × (0,74183 − 0,3861)
gt =
=
= 17,608 (kg)
(yt − xt )
(0,74183 − 0,3861)
Thay số vào được:
g t + g d 17,608 + 35,436
=
= 26,522 (kg)
2
2
Tính đường kính đoạn luyện
g=

DL = 0,0188 × √

g′
(ρy Wy )tb

g’: Lượng hơi đi qua tháp andehyt theo năng suất giấm vào:
Phụ lục

14


g′ =

26,522 × 11074,35
= 2937,14 (kg)
100

2937,14
→ DL = 0,0188 × √
= 0,97 (m)
1,109
2.2. Đoạn chưng
Công thức tính đường kính đoạn chưng:
g tb
DC = 0,0188 × √
(m)
(PφWg )tb
•

Tính khối lượng riêng pha lỏng:
a
1 − atb
1
= tb +
 xtb  R
N

+ R, N: Khối lượng riêng của rượu và nước lấy theo nhiệt độ trung bình
83,34 + 85
t tb =
= 84,170 C
2

→R = 731,04 kg/m3; N = 969,08 (kg/m3) [4].
+ a: nồng độ phần khối lượng trung bình của rượu trong pha lỏng.
a=

0,74183+0,3861
2

= 0,564 phần khối lượng
1

ρxtb
•

=

0,564 1 − 0,564
kg
+
→ ρxtb = 818,72 ( 3 )
731,04
969,08
m

Tính khối lượng riêng trung bình pha hơi:

y =

y  46 + (1 − y)  18
 273
22,4  T

T: Nhiệt độ tuyệt đối trung bình của pha hơi
T=ttb +273=84,17 + 273 = 357,170K
y: Nồng độ phần mol trung bình của pha hơi trong đoạn chưng:
y=

0,5293+0,21062
2

= 0,37 (phần mol)

ρytb =

0,37 × 46 + (1 − 0,37) × 18
kg
× 273 = 0,968 ( 3 )
22,4 × 357,17
m

Vận tốc hơi đi trong đoạn chưng: (ρy Wy )

tb

= 0,065 × ∅|σ| × √h0 × ρxtb × ρytb

h0: Khoảng cách giữa hai đĩa, chọn h0 = 0,3 m.
 : Hệ số xét đến ảnh hưởng của sức căng bề mặt.
Với a = 0,194 và ở nhiệt độ ttb = 84,170C, thì:   20 dyn/cm →   = 1
→ (pyWy )tb = 0,065 × 1 × √0,3 × 818,72 × 0,968 = 1,002 (m)
Phụ lục

15


gt + g w
2
+ gt: Lương hơi ra khỏi đoạn chưng, gt = 17,608 (kg)
+ gw: Lượng hơi vào đoạn chưng được xác định theo phương trình: gw.rw = gd.rd
•

Tính lượng hơi trung bình đi trong tháp: g =

+ gd: Lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp, gd = 35,436 kg
+ rd: Ẩn nhiệt hóa hơi của dung dịch ở đáy tháp: rd = 261,86 (kcal/kg)
+ rw: Ẩn nhiệt hóa hơi của dung dịch ở đáy tháp: rw = yw.rRw + (1 - yw).rNw
+ rR, rN: Ẩn nhiệt hóa hơi của rượu và nước ở đáy tháp (84,170C)
rRw = 200,332 (kcal/kg) , rNw = 554,83 (kcal/kg) [4].
+ yw: Nồng độ rượu trong pha hơi ở đáy tháp
yw = 0,002 phần khối lượng
g d × rd
g d × rd
gw =
=
rw
yw × rR + (1 − yw ) × rN
35,436 × 261,86
=
= 16,75 (kg)
0,002 × 200,332 + (1 − 0,002) × 554,83
17,608 + 16,75

→ g tb =
= 17,179 (kg)
2
Lượng hơi đi trong tháp andehyt theo năng suất giấm vào:
mgiấm × g tb 11074,35 × 17,179
kg
g′ =
=
= 1902,46 ( )
100
100
h
Đường kính đoạn chưng:
1902,46
DC = 0,0188 × √
= 0,819 (m)
1,002
Đường kính tháp:
DL + DC 0,97 + 0,819
=
= 0,8945 (m)
2
2
Phụ lục 5: Tính chọn thiết bị tháp tinh
1. Xác định số đĩa
D=

•

Chỉ số hồi lưu: Rxmin =

x P − yF

*

*

yF - x F

Với : xF là nồng độ % mol rượu trong hỗn hợp đầu, xF =52,93% mol
xP là nồng độ % mol rượu trong sản phẩm đỉnh, xP =73,13% mol
yF* là nồng độ phần mol của rượu trong pha hơi, cân bằng với nồng độ của rượu trong pha
lỏng, xF =52,93% mol => yF* = 66,39% mol [6].

Phụ lục

16


=> Rxmin =

x P − yF

*

*

yF - x F

73,13−66,39

=66,39−52,93=0,5

Hệ số dư b nằm trong khoảng 1,1- 2,5. Chọn b= 2,5.
Do đó: Rx =b× Rxmin = 2,5 ×0,5= 1,25
•

Số đĩa phần luyện:

Phương trình đường nồng độ làm việc ở đoạn luyện: y =

Rx
xP
x+
R x +1
R x +1

+ Rx: Chỉ số hồi lưu, Rx = 1,25
+ xP: Nồng độ phần mol của rượu (pha lỏng) ở đỉnh tháp, xP =73,13% mol
+ x, y: Nồng độ % mol của pha lỏng và pha hơi.
1,25

73,13

y=1,25+1 × x + 1,25+1=0,55x + 32,5
Trong khoảng nồng độ 52,93% mol đến 73,13% mol, số đĩa lý thuyết được xác định theo
đồ thị.

X - Y Diagram

1,0

0,8

Y

0,6

0,4

0,2

0,0
0,0

0,2

0,4

X

0,6

0,8

1,0

Hình 5.41 Đồ thị xác định số đĩa làm việc của tháp tinh
Chọn hiệu suất đĩa  = 0,5. Dựa vào đồ thị ta có bậc thay đổi nồng độ là: n = 2,2
Số đĩa thực tế đoạn luyện là: n1 =

Phụ lục

2,2
=4,4 (đĩa), lấy n1=5 đĩa
0,5
17


•

Số đĩa phần chưng:
𝑅+𝐿

1−𝐿

Phương trình làm việc có dạng: y= 𝑅+1 × x + 𝑅+1 × xw
L: Lượng hỗn hợp đầu tính trên một đơn vị sản phẩm đỉnh
xp −xw

L=

xf −xw

73,13−6,194×10−5

=52,93−6,194×10−5 = 1,38

xw: nồng độ phần mol sản phẩm đáy, xw = 6,194×10-5% mol
1,38+1,25

y=

1,25+1

1−1,38

× x + 1,25+1×6,194×10-5 = 1,168x – 1,046×10-5

Khoảng nồng độ 0,018% mol đến 0,5293% mol, số đĩa được xác định theo đồ thị. Từ kết
quả trên đồ thị, ta có số đĩa lý thuyết: n2 = 2,8
Khoảng nồng độ từ 6,194×10-5% đến 1,8% số đĩa được xác định theo công thức:
n3 =

x K×G
log[1+ 0 (
−1)]
xw L
K×G
)
L

log(

. Với K: Hệ số bay hơi của rượu, K = 13

G: Lượng hơi đi trong tháp tinh ứng với 17,608 kg rượu tinh (1)
G=

2,028
18

= 0,113 (Kmol)

L: Lượng lỏng đi trong tháp, lượng lỏng từ tháp andehyt với: 17,608 kg và 74,183% khối
lượng
L=

17,608 74,183
46

×

100

+

(100−74,183)×17,608
18×100

= 0,536 kmol

Với xo = 1,8% mol và xw = 6,194×10-5% mol
1,8
13  0,113


lg 1 +
(
− 1)
−5

0,536
6,194  10
 − 1 = 9,74
→ n3 = 
 13  0,113 
lg 

 0,536 

Ta có: n23 = n2 + n3 = 2,8 + 9,74 = 12,54. Chọn hiệu suất đĩa  = 0,5
n23

Số đĩa thực tế: n =



=

12,54
0,5

= 25,08. Lấy n = 26 đĩa

Số đĩa của toàn tháp: N = n1 + n = 5+26=31 (đĩa)
2. Tính đường kính tháp tinh
2.1. Đường kính đoạn luyện
Công thức tính đường kính: D = 0,0188

g tb
(m)

(PWg )tb

Tính khối lượng riêng trung bình của pha lỏng:

1

 xtb

=

atb

R

+

1 − atb

N

R, N: Khối lượng riêng của rượu và nước lấy theo giá trị trung bình của nhiệt độ trong
tháp.
Phụ lục

18


ttb =

79,83+85

2

= 82,42 0C

Ứng với nhiệt độ đó: R = 732,7 kg/m3, N = 970,31 kg/ m3 [4].
a: Nồng độ phần khối lượng trung bình pha lỏng ở đoạn đỉnh tháp và đĩa tiếp liệu.
0,74183 + 0,8347
= 0,78 phần khối lượng
atb =
2
Vậy:

1
ρxtb

0,78

1−0,78

= 732,7 + 970,31 ⇒ ρxtb = 774,4 (kg/m3 )

Tính khối lượng riêng trung bình của pha hơi:  ytb =

y  M R + (1 − y)  M N
 273
22, 4  T

Với: MR, MN: Khối lượng mol của rượu và nước. MR = 46; MN = 18
T: Nhiệt độ tuyệt đối trung bình của pha hơi trong đoạn đỉnh tháp và đáy tháp
T = 82,42+ 273 = 352,42 (0K)

y: Nồng độ phần mol trung bình của pha hơi ở đoạn đỉnh tháp và đoạn tiếp liệu

yt + y d
2
Trong đó: yt: Nồng độ phần mol của hơi ở đĩa tiếp liệu, yt = 0,6639 phần mol
yd: Nồng độ phần mol của hơi ở đỉnh, yd = 0,7313 phần mol
y=

Vậy
ρytb =

y=

0,6639+0,7313

2
0,698×46+(1−0,698)×18
22,4×352,42

= 0,698 phần mol
× 273 =1,29 (kg/m3)

Vận tốc hơi đi trong phần luyện: (yWy)tb = 0,065 

h  x   y

+ h: Khoảng cách giữa hai đĩa gần nhau, h = 0,3 m
+  : Hệ số xét đến sự ảnh hưởng bởi sức căng bề mặt 
Với atb = 0,78 phần khối lượng nên ta có   20 dyn/cm →   = 1
( pyWy)tb = 0,065 1 0,3  774,4 1,29 =1,12 (kg/m2.s)

gt + g d
2
gd: Lượng hơi của đỉnh tháp, gd = (Rx + 1)  D= 42,993 (kg)
gt: Lượng hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn luyện:
gt = Gt + D
yt×gt = Gt×xt + D×xp
gt×rt = gd×rd
+ xp: Nồng độ pha lỏng tại đỉnh tháp, xp = 0,8347 phần khối lượng
+ xt: Nồng độ pha lỏng tại đĩa tiếp liệu, xt = 0,74183 phần khối lượng.
+ D: Sản phẩm đỉnh, D = 19,108 kg
Tính lượng hơi đi trong tháp (đoạn luyện): g =

Phụ lục

19


+ yt: Nồng độ cấu tử nhẹ của pha hơi tại đĩa tiếp liệu.
+ rt, rd: Ẩn nhiệt hóa hơi của dung dịch ở đĩa tiếp liệu và đỉnh.
rt = rRt  yt + (1 - yt)  rNt và rd = rRd  yd + (1 - yd)  rNd
Ở đĩa tiếp liệu (t0s = 82,42): rRt =201,032(kcal/kg), rNt =556,58 (kcal/kg) [4].
Ở đỉnh (t0s = 850C): rRd = 200 kcal/kg, rNd=554 kcal/kg
yd = 0,874 phần khối lượng
→ rd = 200  0,874+(1–0,874)  554=244,604 (kcal/kg).
Giải hệ phương trình trên được: gt = 44,004 kg và yt = 0,8347 phần khối lượng.
g + g d 44,004 + 42,993
=
= 43,498 (kg)
Thay số vào được: g = t

2
2
Trong đó: g’: Lượng hơi đi qua tháp tinh theo năng suất giấm vào:
g’ =

43,498×11074,35
100

= 4817,18 (kg/h)

4817,18
DL = 0,0188 × √
= 1,255 (m)
1,08
2.2. Đường kính đoạn chưng
Ta có công thức tính đường kính đoạn chưng: DC = 0,0188
Tính khối lượng riêng pha lỏng:

1

 xtb

=

atb

R

+

g tb
(m)
(PWg )tb

1 − atb

N

R, N: Khối lượng riêng của rượu và nước lấy theo nhiệt độ trung bình
ttb =

79,83+104
2

= 91,9150C

→R = 723,68 kg/m3; N = 963,66 (kg/m3) [4].
a: Nồng độ phần khối lượng trung bình của rượu trong pha lỏng.

0,74183 + 1,5828 10 −4
= 0,371 phần khối lượng
2
1
0,371 1 − 0,371
=
+
  xtb = 858,091 (kg/m3)
 xtb 723,68 963,66

a=

Khối lượng riêng trung bình pha hơi:

y =

y  46 + (1 − y)  18
 273
22,4  T

T: Nhiệt độ tuyệt đối trung bình của pha hơi: T=ttb +273= 91,915 + 273 = 364,9150K
y: Nồng độ phần mol trung bình của pha hơi trong đoạn chưng:
y=
Phụ lục

0,664 + 6,194 10 −5
= 0,332(phần mol)
2
20


 ytb =

0,332  46 + (1 − 0,332)  18
 273 = 0,912 (kg/m3)
22,4  364,915

Vận tốc hơi đi trong đoạn chưng: (ρy Wy )

tb

= 0,065∅|σ| × √h0 × ρxtb × ρytb

+ h0: Khoảng cách giữa hai đĩa, chọn h0 = 0,3 m.
+  : Hệ số xét đến ảnh hưởng của sức căng bề mặt.
Với a = 0,371 và ở nhiệt độ ttb = 91,9150C, thì   20 dyn/cm →   = 1
 (pyWy)tb = 0,065 1 0,3  858,091 0,912 = 0,996 (m)

gt + g w
2
+ gt: Lương hơi ra khỏi đoạn chưng, gt = 44,004 (kg)
Ta có: Lượng hơi trung bình đi trong tháp: g =

+ gw: Lượng hơi vào đoạn chưng được xác định theo phương trình:
gw.rw = gd.rd
+ gd : Lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp, gd = 42,993 kg/100 kg giấm
+ rd : Ẩn nhiệt hóa hơi của dung dịch ở đáy tháp
rd = 244,604 (kcal/kg)
+ rw: Ẩn nhiệt hóa hơi của dung dịch ở đáy tháp
rw = yw.rRw + (1 - yw).rNw
+ rR, rN: Ẩn nhiệt hóa hơi của rượu và nước ở đáy tháp (1040C)
rRw = 188,355 (kcal/kg) ;rNw = 538,523 (kcal/kg) [4].
+ yw: Nồng độ rượu trong pha hơi ở đỉnh tháp
yw = 1,5828×10-4 phần khối lượng
g d × rd
g d × rd
gw =
=
rw
yw × rR + (1 − yw ) × rN
=

=> g tb =

42,993  244,604
= 19,53 (kg)
1,5828 10 188,355 + (1 − 1,5828 10 −4 )  538,523
−4

44,004 + 19,53
=31,767 (kg/100 kg giấm)
2

Lượng hơi đi trong tháp tinh theo năng suất giấm vào:
mgiấm ×gtb

g’=

100

=

11074,35×31,767
100

=3517,99 kg/h

Đường kính đoạn chưng:

3517,99
DC = 0,0188 × √
= 1,117 (m)

0,996

Phụ lục

21


Đường kính tháp:
DL + DC 1,255 + 1,117
=
= 1,186 (m)
2
2
Phụ lục 6: Tính chọn thiết bị tháp làm sạch
1. Xác định số đĩa
D=

•

Chỉ số hồi lưu: Rxmin =

x P − yF

*

*

yF - x F

Với : xF là nồng độ % mol rượu trong hỗn hợp đầu, xF = 73,13% mol

xP là nồng độ % mol rượu trong sản phẩm đỉnh, xP = 89,41% mol
yF* là nồng độ phần mol của rượu trong pha hơi, cân bằng với nồng độ của rượu trong pha
lỏng, xF = 73,13% mol => yF* = 77,39% mol [6].
=> Rxmin =

x P − yF
*

*

yF - x F

=

89,41−77,39
77,39−73,13

=2,82

Hệ số dư b nằm trong khoảng 1,1- 2,5. Chọn b= 2,5
Do đó: Rx =b× Rxmin = 2,5 × 2,82= 7,05
•

Số đĩa phần luyện:

Phương trình đường nồng độ làm việc ở đoạn luyện: y =

Rx
xP
x+

R x +1
R x +1

+ Rx: Chỉ số hồi lưu, Rx = 7,05.
+ xP: Nồng độ phần mol của rượu (pha lỏng) ở đỉnh tháp, xP =89,41% mol.
+ x, y: Nồng độ % mol của pha lỏng và pha hơi.

y=

7,05
89,41
x+
= 0,876x + 11,11
7,05 + 1
7,05 + 1

Trong khoảng nồng độ 73,13% mol đến 89,41% mol, số đĩa lý thuyết được xác định theo
đồ thị. Dựa vào đồ thị ta có bậc thay đổi nồng độ là: 3

Phụ lục

22


X - Y Diagram

1,0

0,8

Y

0,6

0,4

0,2

0,0
0,0

0,2

0,4

X

0,6

0,8

1,0

Hình 5.42 Đồ thị xác định số đĩa làm việc của tháp làm sạch
Chọn hiệu suất đĩa  = 0,5. Số đĩa thực tế đoạn luyện là:

3
= 6 (đĩa), lấy n1= 6 đĩa
0,5

n1 =
•

Số đĩa phần chưng:

Phương trình làm việc có dạng: y=

R+L
1− L
×x +
xw
R +1
R +1

L: Lượng hỗn hợp đầu tính trên một đơn vị sản phẩm đỉnh

x p − xw

89,41 − 6,194 ×10 -5
=1,222
L=
=
x f − xw 73,13 − 6,194 ×10 -5
xw: Nồng độ phần mol sản phẩm đáy, xw = 6,194×10-5% mol
y=

7,05 + 1,222
1 − 1,222
×x+
xw = 1,028x- 1,708×10-6

7,05 + 1
7,05 + 1

Khoảng nồng độ 0,2% mol đến 73,13% mol, số đĩa được xác định theo đồ thị. Từ kết quả
trên đồ thị, ta có số đĩa lý thuyết: n2 = 6
Khoảng nồng độ từ 6,194×10-5 đến 0,2% số đĩa được xác định theo công thức:
n3 =

x K×G
log[1+ 0 (
−1)]
xw 2
K×G
)
L

log(

với K: Hệ số bay hơi của rượu, K = 13

G: Lượng hơi đi trong tháp làm sạch ứng với 19,108 kg rượu thô (2)
19,108
G=
= 1,06 (Kmol)
18
Phụ lục

23

L: Lượng lỏng đi trong tháp, lượng lỏng từ tháp tinh với: 19,108 kg và 83,47% khối
lượng: L =

19,108 83,47 (100 − 83,47)  19,108

+
=0,522 (Kmol)
46
100
18  100

xo = 0,2% mol; xw = 6,194×10-5% mol
0,2
13  1,06


lg 1 +
(
− 1)
−5
0,522
6,194  10
 − 1 = 2,45
→ n3 = 
 13  1,06 
lg 

 0,522 

Ta có:

n23 = n2 + n3 = 6 + 2,45 = 8,45. Chọn hiệu suất đĩa  = 0,5.

Số đĩa thực tế: n =

n23



=

8,45
= 16,9. Lấy n = 17 đĩa
0,5

Số đĩa của toàn tháp: N = n1 + n23= 6 + 17 = 23 (đĩa)
2. Tính đường kính tháp làm sạch
2.1. Đường kính đoạn luyện
Công thức tính đường kính:

D = 0,0188

gtb
(PWg )tb (m)

Tính khối lượng riêng trung bình của pha lỏng:

1

 xtb

=

atb

R

+

1 − atb

N

R, N: Khối lượng riêng của rượu và nước lấy theo giá trị trung bình của nhiệt độ trong
tháp.
ttb =

74,4 + 78,15
= 76,27 0 C
2

Ứng với nhiệt độ đó: R = 738,54 kg/m3, N = 965,66 kg/ m3 [4].
atb: Nồng độ phần khối lượng trung bình pha lỏng ở đoạn đỉnh tháp và đĩa tiếp liệu.
atb =

0,9557 + 0,8347
= 0,895 phần khối lượng
2
1
0,895 1 − 0,895

=
+
⇒ ρxtb = 757,24 (kg/m3 )
ρxtb 738,54
965,66

Tính khối lượng riêng trung bình của pha hơi:  ytb =

y  M R + (1 − y)  M N
 273
22, 4  T

Với:
MR, MN: Khối lượng mol của rượu và nước. MR = 46; MN = 18
T: Nhiệt độ tuyệt đối trung bình của pha hơi trong đoạn đỉnh tháp và đáy tháp
T = 76,27+ 273 = 349,27 (0K)
y: Nồng độ phần mol trung bình của pha hơi ở đoạn đỉnh tháp và đoạn tiếp liệu
Phụ lục

24


yt + y d
2
yt: Nồng độ phần mol của hơi ở đĩa tiếp liệu, yt = 0,7739 phần mol
yd: Nồng độ phần mol của hơi ở đỉnh, yd = 0,8941 phần mol
0,7739 + 0,8941
y=
= 0,834 phần mol
2

0,834  46 + (1 − 0,834) 18
 ytb =
 273 = 1,443 (kg/m3)
22,4  349,27
y=

Vận tốc hơi đi trong phần luyện: (yWy)tb = 0,065 

h  x   y

+ h: Khoảng cách giữa hai đĩa gần nhau, h = 0,3 m
+  : Hệ số xét đến sự ảnh hưởng bởi sức căng bề mặt 
Với atb = 0,895 phần khối lượng nên ta có   20 dyn/cm →   = 1
( pyWy)tb = 0,065 1 0,3  757,24 1,443 =1,177 (kg/m2.s)

gt + g d
2
gd: Lượng hơi của đỉnh tháp, gd =(Rx + 1)  D= 43,084 (kg)
gt: Lượng hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn luyện:
gt = Gt + D
yt×gt = Gt×xt + D×xp
gt×rt = gd×rd
+ xp: Nồng độ pha lỏng tại đỉnh tháp, xp = 0,9557 phần khối lượng.
+ xt: Nồng độ pha lỏng tại đĩa tiếp liệu, xt = 0,8347 phần khối lượng.
+D: Sản phẩm đỉnh, D = 5,352 kg
+ yt: Nồng độ cấu tử nhẹ của pha hơi tại đĩa tiếp liệu.
+ rt, rd : Ẩn nhiệt hóa hơi của dung dịch ở đĩa tiếp liệu và đỉnh.
Với rt = rRt  yt + (1 - yt)  rNt và rd = rRd  yd + (1 - yd)  rNd
Ở đĩa tiếp liệu (t0s = 74,40C): rRt = 204,24 (kcal/kg), rNt =564,6 (kcal/kg) [4].
Ở đỉnh (t0s = 78,150C): rRd = 202,74 kcal/kg, rNd=560,85 kcal/kg [4].

yd = 0,9557 phần khối lượng
Tính lượng hơi đi trong tháp (đoạn luyện): g =

→ rd = 202,74  0,9557+(1–0,9557)  560,85=218,604 (kcal/kg)
yt = 0,8976 phần khối lượng
Giải hệ phương trình trên được:
D × (xp − xt ) 5,352 × (0,9557 − 0,8347)
gt =
=
= 10,3 (kg)
(yt − xt )
(0,8976 − 0,8347)
Phụ lục

25