Thiết kế tháp chưng cất hỗn hợp Acetone - Nước loại tháp đệm năng suất 1500 (Kgh)

Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh
Trường Đại học Bách Khoa
Khoa Công nghệ Hoá học & Dầu khí
BỘ MÔN MÁY & THIẾT BỊ
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Quá Trình & Thiết Bò
THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT HỖN HP
ACETONE – NƯỚC LOẠI THÁP ĐỆM
NĂNG SUẤT : 1500 (Kg/h)
GVHD : Võ Thò Ngọc Tươi
SVTH : Võ Ngọc Tiệp
MSSV : 69902203
Lớp : HC99HL,
Ngành : Công Nghệ Hoá Lý
Năm học 2002 – 2003
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : Võ Thò Ngọc Tươi
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU
CHƯƠNG1 : GIỚI THIỆU CHUNG
CHƯƠNG2 : CÂN BẰNG VẬT CHẤT
I. CÂN BẰNG VẬT CHẤT:
1. Đồ thò cân bằng acetone- nước
2. Xác đònh chỉ số hồi lưu
a) Chỉ số hồi lưu tối thiểu
b) Chỉ số hối lưu thích hợp
II. CÂN BẰNG NĂNG LƯNG:
1. Cân bằng năng lượng cho tháp chưng cất:
2. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bò ngưng tụ
3. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bò làm nguội
4. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bò gia nhiệt
CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

I. ĐƯỜNG KÍNH THÁP:
1. Đường kính đoạn cất:
2. Đường kính đoạn chưng:
II. CHIỀU CAO THÁP:
III. TRỞ LỰC CỦA THÁP:
CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN CƠ KHÍ
I. TÍNH CHIỀU DÀY THÂN THÁP
II. TÍNH ĐÁY, NẮP THIẾT BỊ
1. Nắp
2. Đáy
III. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH VÀ BULON ỐNG DẪN
1. Ống dẫn hơi:
2. Ống nhập liệu:
3. Ống dẫn lỏng:
4. Ống hoàn lưu:
CHƯƠNG 5 : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ
I. THIẾT BỊ NGƯNG TỤ SẢN PHẨM ĐỈNH
II. THIẾT BỊ GIA NHIỆT NHẬP LIỆU
III. NỒI ĐUN
IV. BƠM
CHƯƠNG 6 : TÍNH GIÁ THÀNH THIẾT BỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
SVTH: Võ Ngọc Tiệp - Trang 2- MSSV:69902203
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : Võ Thò Ngọc Tươi
LỜI GIỚI THIỆU
Trong thực tế, chúng ta sử dụng rất nhiều dạng hoá chất khác nhau: hỗn hợp nhiều
chất hay đơn chất tinh khiết. Nhu cầu về một loại hoá chất tinh khiết cũng rất lớn.
Quá trình có thể đáp ứng phần nào độ tinh khiết theo yêu cầu là chưng cất: là quá
trình tách các cấu tử trong hỗn hợp lỏng – lỏng, hay hỗn hợp lỏng – khí thành các
cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của chúng.

Và đối với hệ acetone – nước, do không có điểm đẳng phí nên có thể đạt được bất
kỳ độ tinh khiết theo yêu cầu nhờ quá trình chưng cất.
Nhiệm vụ thiết kế: tính toán hệ thống chưng luyện liên tục để tách hỗn hợp hai cấu
tử : acetone – nước với các số liệu sau đây:
Năng suất sản phẩm đỉnh : 1500 Kg/h
Nồng độ sản phẩm đỉnh : 95% theo khối lượng
Nồng độ nhập liệu : 30%
p suất làm việc : áp suất thường.
SVTH: Võ Ngọc Tiệp - Trang 3- MSSV:69902203
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : Võ Thò Ngọc Tươi
CHƯƠNG 1 :GIỚI THIỆU CHUNG
1. Giới thiệu sơ bộ :
Acetone có công thức phân tử : CH
3
COCH
3
.Khối lượng phân tử bằng 58
đvC
Acetone là chất lỏng sôi 56.1
0
C, tan vô hạn trong nước, nó là dung môi cho
nhiều chất hữu cơ… Nó hoà tan tốt tơ axetat, nitrô xenluloz, nhựa phenol
focmandehyt, chất béo, dung môi pha sơn, mực in ống đồng. Acetone là nguyên
liệu để tổng hợp thủy tinh hữu cơ.
Từ Acetone có thể tổng hợp xeten, sumfonal (thuốc ngủ), các halofom….
Tính chất hoá học :
Cộng hợp với natri bisunfit:
1
OH
CH

3
COCH
3
+ NaHSO
3
→ CH
3
- C - SO
3
Na

3
1
HC
( 1-metyl-1-hydroxi etan sunfonát natri )
Cộng hợp axit HCN

1
OH
CH
3
COCH
3
+ HCN → CH
3
- C - CN

3
1
HC

( pH= 4 -8 )
Phản ứng ngưng tụ :

1
OH

11
O
CH
3
-CO-CH
3
+ HCH
2
C=O → CH
3
-C-CH
2
-C-CH
3

3
1
HC

3
1
HC
( 4-oxy-4-mêtyll-2-pentanon)
Acetone khó bò oxi hóa bởi thuốc thử Pheling, Tôluen, HNO

3đđ
, KMnO
4
,…
Chỉ bò oxi hóa bởi hỗn hợp KMnO
4
+ H
2
SO
4
, Sunfôcrômic K
2
Cr
2
O
7
+ H
2
SO
4
…
Bò gãy mạch cacbon.

Phản ứng khử hoá:
CH
3
COCH
3
+ H
2

→ CH
3
CHOH-CH
3

Điều chế :
Oxy hóa rượu bậc hai:
CH
3
CHOH-CH
3
→ CH
3
COCH
3
+ H
2
O
Theo phương pháp Piria : nhiệt phân muối canxi của axit cacboxylic:
(CH
3
COO)
2
Ca → CH
3
COCH
3
+ CaCO
3
Từ dẫn xuất cơ magie:

SVTH: Võ Ngọc Tiệp - Trang 4- MSSV:69902203
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : Võ Thò Ngọc Tươi

/
Br
CH
3
-C-Cl + CH
3
-MgBr→ CH
3
-C-CH
3
+ Mg

11
O

11
O

\
Cl
Phản ứng Kucherôv:
CH
3
-C≡CH + H
2
O

 →
+
H/4HgSO
CH
3
-C-CH
3


11
O

2. Công nghệ chưng cất hỗn hợp Acetone –Nước :
Ta có Acetone là một chất lỏng tan vô hạn trong nước và nhiệt độ sôi của
Acetone ( 56.1 0C ở 760 mmHg) và Nước ( 100 0C ở 760 mmHg) : là khá cách xa
nhau nên phương pháp hiệu quả nhất để thu được Acetone tinh khiết là chưng cất
phân đoạn dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp.
Chọn loại tháp chưng cất và phương pháp chưng cất :
Chưng cất là quá trình phân tách các hỗn hợp lỏng thành các cấu tử riêng
biệt dựa vào sự khác nhau về độ bay hơi của chúng ( hay nhiệt độ sôi ), bằng cách
lặp đi lặp lại nhiều lần quá trình bay hơi – ngưng tụ, trong đó vật chất đi từ pha
lỏng vào pha hơi hoặc ngược lại.
Đối với chưng cất ta có hai phương pháp thực hiện :
Chưng cất đơn giản (dùng thiết bò hoạt động theo chu kỳ):
Phương pháp này sử dụng trong các trường hợp sau :
Khi nhiệt độ sôi của các cấu tử khác xa nhau .
Khi không đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao .
Tách hỗn hợp lỏng ra khỏi tạp chất không bay hơi .
Tách sơ bộ hỗn hợp nhiều cấu tử .
Chưng cất liên tục hỗn hợp hai cấu tử (dùng thiết bò hoạt động liên

tục): là quá trình được thực hiện liên tục, nghòch dòng, nhiều đoạn.
Ngoài ra còn có thiết bò hoạt động bán liên tục .
Trong trường hợp này, do sản phẩm là Acetone – với yêu cầu có độ tinh
khiết cao khi sử dụng , cộng với hỗn hợp Acetone – Nước là hỗn hợp không có
điểm đẳng phí nên chọn phương pháp chưng cất liên tục là hiệu quả nhất.
Chọn loại tháp chưng cất :
Có rất nhiều loại tháp được sử dụng, nhưng đều có chung một yêu cầu cơ bản là
diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều này phụ thuộc vào độ phân tán của
một lưu chất này vào lưu chất kia .
Ta khảo sát hai loại tháp chưng cất thường dùng là tháp mâm và tháp chêm:
Tháp mâm gồm thân tháp hình trụ, thẳng đứng, phía trong có gắn
các mâm có cấu tạo khác nhau, trên đó pha lỏng và pha hơi được cho tiếp xúc với
nhau.
Gồm có : mâm chóp, mâm xuyên lỗ , mâm van. Thường sử dụng mâm chóp .
Tháp chêm là một tháp hình trụ, gồm nhiều đoạn nối với nhau bằng
mặt bích hay hàn . Vật chêm được đổ đầy trong tháp theo một hay hai phương pháp
: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự .
SVTH: Võ Ngọc Tiệp - Trang 5- MSSV:69902203
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : Võ Thò Ngọc Tươi
Chọn loại tháp đệm để thực hiện quá trình chưng cất vì những ưu
điểm sau:
Cấu tạo đơn giản
Trở lực thấp
Tuy nhiên tháp đệm cũng có nhược điểm là:
Hiệu suất thấp
Độ ổn đònh kém.
Thuyết minh quy trình công nghệ:
Hỗn hợp Aceton – nước có nồng độ Aceton 30% (theo số mol), nhiệt độ
khoảng 27
0

C tại bồn chứa nguyên liệu (1), được bơm qua thiết bò gia nhiệt ( trao
đổi nhiệt với sản phẩm đáy)(5). Sau đó được đưa đến thiết bò đun nóng nhập liệu(6)
bằng hơi nước bão hòa, ở đáy nhập liệu được đưa đến nhiệt độ sôi và được đưa vào
tháp chưng cất(11). Trong tháp, hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng từ trên xuống. Ở
đây có sự tiếp xúc và trao đổi nhiệt giữa hai pha với nhau. Pha lỏng chuyển động
trong phần chưng càng xuống dưới càng giảm nồng độ cấu tử dễ bay hơi vì đã bò
nồi đun lôi cuốn các cấu tử. Nhiệt độ càng lên trên càng thấp , nên khi hơi đi từ
dưới lên thì cấu tử có nhiệt độ sôi cao là nước sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh
tháp ta thu được hỗn hợp có cấu tử Aceton chiếm nhiều nhất ( 95% theo phần
mol ). Hơi này đi vào thiết bò ngưng tụ(14 ). Một phần lỏng ngưng được hồi lưu về
tháp, một phần chất lỏng ngưng đi qua thiết bò làm nguội sản phẩm đỉnh (17 ). Một
phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp được bốc hơi, còn lại cấu tử có nhiệt độ sôi cao
trong chất lỏng ngày càng tăng. Cuối cùng, ở đày tháp ta thu được hổn hợp lỏng
gồm hầu hết cấu tử khó bay hơi (nước). Hỗn hợp lỏng ở đáy có nồng độ Aceton là
3% theo phần mol, còn lại là nước. Dung dòch lỏng ở đáy tháp được đun tại nồi đun
(12 ) ,bốc hơi cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc, phần còn lại trao đổi nhiệt
với nhâïp liệu.
Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là Aceton, sản phẩm đáy
sau khi trao đổi nhiệt với nhập liệu được thải bỏ.
SVTH: Võ Ngọc Tiệp - Trang 6- MSSV:69902203
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : Võ Thò Ngọc Tươi
Sơ đồ quy trình công nghệ chưng cất hỗn hợp Aceton – nước:
1
2
4
3
16
15
14
9

17
15
18
19
20
8
13
12
7
9
10
11
7
6
8
5

SVTH: Võ Ngọc Tiệp - Trang 7- MSSV:69902203
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : Võ Thò Ngọc Tươi
CHƯƠNG 2 : CÂN BẰNG VẬT CHẤT
I. Cân bằng vật chất:
Số liệu ban đầu: Năng suất 1500kg/h
Nồng độ dung dòch đầu: x
F
= 30% mol
Nồng độ đỉnh: x
D
= 95% mol
Nồng độ dung dòch đáy: x
W

= 3% mol
Các ký hiệu: F ,
−
F
:lượng nhập liệu ban đầu (kmol/h), (kg/h)
D,
−
D
: lượng sản phẩm đỉnh (kmol/h), (kg/h)
W,
−
W
: lượng sản phẩm đáy (kmol/h), kg/h)
x
F:
nồng độ mol acetone trong nhập liệu
x
D:
nồng độ mol acetone trong sản phẩm đỉnh
x
W:
nồng độ mol của acetone trong sản phẩm đáy
Phương trình cân bằng vật chất:
F = D + W (1)
F x
F
= D x
D
+ W x
W

(2)
Tính khối lượng trung bình:
M
tbF
=x
F
M
1
+ (1-x
F
) M
2
=0,3x58+(1-0,3)18=30kg/kmol
M
tbD
=x
D
M
1
+ (1-x
D
) M
2
=0,95x58+(1-0,95)18=56kg/kmol
M
tbW
=x
W
M
1

+ (1-x
W
) M
2
=0,03x58+(1-0,03)18=19,2kg/kmol
Suất lượng sản phẩm đỉnh:
D =
tbD
M
D
−
=
=
56
1500
26,786 (kmol/h)
Từ (1) và (2) ta có:



+=
+=
03,0*W95,0*786,263,0*F
W786,26F

Giải hệ phương trình trên ta được:



=

=
h/kmol485,64W
h/kmol27,91F

hay





_
_
W
F
)h/Kg(12.1238
)h/Kg(13.2738
=
=
1. Đồ thò cân bằng acetone- nước:
Thành phần cân bằng lỏng (x)- hơi (y) tính bằng phần % mol và nhiệt độ sôi
của hỗn hợp 2 cấu tử ở 760 mmHg

SVTH: Võ Ngọc Tiệp - Trang 8- MSSV:69902203
x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
y 0 60,
3
72 80,
3
82,
7

84,
2
85,
5
86,
9
88,
2
90,
4
94,
3
100
t 100 77,
9
69,
6
64,
5
62,
6
61,
6
60,
7
59,
8
59 58,
2
57,

5
56,
9
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : Võ Thò Ngọc Tươi

Vẽ đồ thò y-x:
Đồ thò cân bằng aceyone- nước
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100
Thành phần pha lỏng
Thành phần pha hơi

Đồ thò T- xy
SVTH: Võ Ngọc Tiệp - Trang 9- MSSV:69902203
Đồ thò T-xy
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90

100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
xy
T
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : Võ Thò Ngọc Tươi
2. Xác đònh chỉ số hồi lưu thích hợp:
a) Chỉ số hối lưu tối thiểu:
Đường cân bằng vẽ theo số liệu thực nghiệm có khoảng lõm nên để xác
đònh R
m
, từ A(0,95;0,95) vẽ AB tiếp xúc đường cân bằng cắt trục tung tại điểm có
tung độ góc là 0,65. Ta co ù: R
m
=
=
+1
R
x
m
D
0,65
→
R
m
= 0,462
Rm
0
0.1
0.2
0.3

0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
b) Chỉ số hồi lưu thích hợp:
Cho các giá trò Rx
i
> Rx
min
để tìm các giá trò tung độ Bi tương ứng và vẽ các
đường nồng độ làm việc của đoạn luyện ứng với các giá trò Bi đó :
Bi =
1Rx
x
i
D
+
Tìm các điểm a ( y= x= x
D
), b( y= x= x
W
) và đường x = x
F
( song song với
trục tung ). Cứ mỗi giá trò Bi ta vẽ được đường nồng độ làm việc của đoạn luyện và
đoạn chưng .

Như vậy ứng với mỗi giá trò R
xi
ta có số đơn vò chuyển khối chung tương ứng
là m
xi
.
Ta có bảng sau :

R
xi
Bi m
x
m
x
(R
xi
+1)
0.600 0.594 11.139 7.2834
0.785 0.532 8.595 7.5321
0.878 0.506 5.934 6.0881
0.970 0.482 5.94 6.7318
1.063 0.460 6.313 7.7737
1.155 0.441 5.928 8.0018
SVTH: Võ Ngọc Tiệp - Trang 10- MSSV:69902203
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : Võ Thò Ngọc Tươi
Thể tích tháp là V = f * H
f : tiết diện tháp, m
2

H : chiều cao làm việc của tháp, m

Ta biết tiết diện của tháp tỉ lệ thuận với lượng hơi đi trong tháp, mà lượng
hơi lại tỉ lệ thuận với lượng lỏng hồi lưu trong tháp, như vậy tiết diện tháp tỉ lệ với
lượng hồi lưu .
Tức là f ∼ ( R
x
+ 1 ) * GD
Trong một điều kiện làm việc nhất đònh thì G
D
là không đổi,
nên f ∼ ( R
x
+ 1).
Còn chiều cao tháp tỉ lệ với số đơn vò chuyển khối H ∼ m
x
, nên cuối cùng ta
có thể viết V = f*H ∼ m
x
( R
x
+ 1)
Từ đó ta sẽ lập được sự phụ thuộc giữa R
x
_ m
x
* ( R
x
+ 1 ) . Mối quan hệ
này sẽ cho ta tìm được một giá trò Rx mà thể tích của thiết bò chưng cất ứng với nó
là tối ưu R
xth

.
Vẽ đồ thò quan hệ giữa (m
x
i
*(Rx
i
+ 1) _ Rx
i
) để tìm Rx
th
.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 0.5 1 1.5
Đường làm việc :
Phương trình đường làm việc của phần cất : y=
1R
R
+
x +
1R
x

D
+
= 0.474x +0.5
Phương trình đường làm việc của phần chưng : y=
1R
fR
+
+
x -
1R
1f
+
−
x
W
f =
D
F
=
786.26
271.91
⇒y= 2.267x -0.038
II. Cân bằng năng lượng:
1. Cân bằng nhiệt lượng cho tháp chưng cất:
Phương trình cân bằng năng lượng :
Q
F
+Q
D2
+Q

R
=Q
y
+Q
W
+Q
Xq2
+Q
Ng2
• Nhiệt lượng do hổn hợp đầu mang vào Q
F
(J/h)
Q
F
=
_
F
C
F
t
F
SVTH: Võ Ngọc Tiệp - Trang 11- MSSV:69902203
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : Võ Thò Ngọc Tươi
Trong đó:

_
F
= 2783.13(Kg/h)
t
F

= 62.5
O
C (Nhiệt độ đi vào của hổn hợp đầu : ở trạng thái lỏng sôi)
C
F
: Nhiệt dung riêng:
t
F
= 62.5
O
C  C
Nước
= 4188.265(J/Kg.độ)
C
Acetone
= 2313.125(J/Kg.độ)
C
F
=
_
X
F
x C
Acetone
+ (1 -
_
X
F
) x C
Nước

= 0.58 x 2313.125 + (1 – 0.58) x 4188.265
= 3100.684 (J/Kg.độ)
⇒ Q
F
= 2738.13 x 3100.684 x 62.5 = 0.53 x 10
9
(J/h)
= 147.395(kW)
• Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào tháp Q
D2
(J/h)
Q
D2
= D
2
λ
2
= D
2
(r
2
+ C
2
θ
2
)
Dùng hơi nước ở As 2at , r
2
= 2208 (kJ/Kg) , t

O
= 119.6
O
C
T
2
,C
2
: t
O
và Nhiệt dung riêng của nước ngưng (J/Kg.độ)
• Nhiệt lượng do lưu lượng lỏng hồi lưu mang về:
Q
R
= Q
R
x C
R
x t
R
Trong đó:
C
R
= C
D
: Nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh
t
D
O
= 57.5

O
C  C
Aceton
= 2296.875 (J/Kg.độ)
C
Nước
= 4188.125 (J/Kg.độ)
C
D
= C
R
=
_
x
D
x C
Aceton
+ (1 -
_
x
D
) x C
Nước
= 0.984 x 2296.875 + (1 - 0.984) x 4188.125
= 2327.135 (J/KG.độ)
G
R
=
_
D

x R = 1500 x 0.9 = 1350 (Kg/h)
t
R
= t
D
= 57.5
O
C.
⇒ Q
R
= 1.806 x 108 (J/h) = 50.18(kW)
• Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp Q
y
:
Q
y
=
_
D
(1 +R) x λ
D
Trong đó:
λ
D

: Nhiệt lượng riêng của hơi ở đỉnh tháp
λ
D
= λ
Acetone

x
_
y
D
+ λ
Nước
x (1 -
_
y
D
)

_
y
D
= 0.984
λ
Acetone
= r
Acetone
+ t
D
x C
Acetone

λ
Nước
= r
Nước
+ t

D
x C
Nước
ở t
D
= 57.5
O
C
r
Acetone
= 523.35 (kJ/Kg)
r
Nước
= 2426.77 (kJ/Kg)
⇒ λ
Nước
= 2667.59 x 10
3
(J/Kg)
λ
Acetone
= 655.42 x 10
3
(J/Kg)
⇒ λ
D
= 687.614 (kJ/Kg)
SVTH: Võ Ngọc Tiệp - Trang 12- MSSV:69902203
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : Võ Thò Ngọc Tươi
⇒ Q

y
= 1.96 x 10
9
(J/h) = 544.361 (kW)
• Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra Q
W
:
Trong đó :
_
W
= 1238.12 (Kg/h) ,
_
x
W
= 0.091
t
W
= 85
O
C ⇒ C
Acetone
= 2386.25 (J/Kg.độ)
C
Nước
= 4200 (J/Kg.độ)
⇒C
W
= 4034.054 (J/Kg.độ)
⇒ Q
W

= 0.424 x 10
9
(J/Kg) = 117.93 (kW)
• Nhiệt lượng tổn thất tỏa ra môi trường xung quanh Q
Xq2
:
Q
Xq2
= 5% x Q
D2
Vậy : Lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi dung dòch ở đáy tháp:
Q
D2
- Q
Xq2
= Q
y
+ Q
W
– Q
F
- Q
R
⇒ D
2
=
r
x95.0
QQQQ
2

RFwy
−−+
= 797.57 (Kg/h)
2. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bò ngưng tụ:
Ngưng tụ hoàn toàn :
_
D
(1 +R) x r
D
= G
nl
x C
n
x (t
2
– t
1
)
Trong đó :
t
1
,t
2
: Nhiệt độ vào và ra của nước làm lạnh
Chọn nhiệt độ vào và ra của nước làm lạnh là: t
1
= 27
O
C
t

2
= 40
O
C
⇒
_
t
1,2
=
2
tt
21
+
= 33.5
O
C ⇒ r
Acetone
= 521.46 (kJ/Kg)
r
Nước
= 2425.60 (kJ/Kg)
⇒ r
D
=
_
x
D
x r
Acetone
+ (1 -

_
x
D
) x C
Nước

= 551.93 x 10
3
(J/Kg)
Suất lượng nước cần tiêu tốn:
⇒ G
nl
=
)
tt
(x
C
r
x)1R(xD
12n
D
_
−
+
=
)2740(94.4180
1000963.551)19.0(1500
−
+
x

xxx
= 28940.87 (Kg/h)
3. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bò làm lạnh:
Phương trình cân bằng năng lượng :
_
D
(r
D
+ C
D
x (t
1
’-t
2
’)) = G
n3
x C
n
x (t
2
-t
1
)
t
1
’= 57.5
O
C  Nhiệt độ vào của sản phẩm đỉnh.
t
2

’= 30
O
C  Nhiệt độ ra của sản phẩm đỉnh.
t
1
= 27
O
C  Nhiệt độ vào của nước làm lạnh.
t
2
= 40
O
C  Nhiệt độ ra của nước làm lạnh.
t
tb
= 33.5
O
C  Nhiệt độ trung bình của nước làm lạnh.
C
n
= 4176.625 (J/Kg.độ) ở 33.5
O
C
SVTH: Võ Ngọc Tiệp - Trang 13- MSSV:69902203
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : Võ Thò Ngọc Tươi
C
Acetone
=2252.19(J/Kg.độ) ở t =
2
305.57 +

= 43.75
O
C
C
n
= 4177.625 (J/Kg.độ) ở t=43.75
O
C
⇒



=
=
)do.Kg/J(563168
r
)do.Kg/J(2283
C
D
D
Lượng nước cần dùng :
G
n3
=
)(
))''((
12
21
_
ttC

ttC
r
x
xD
n
D
D
−
−+
= 17292.684(Kg/h)
4. Cân bằng năng lượng cho thiết bò gia nhiệt (tận dụng nhiệt sản phẩm đáy):
Dùng nhiệt sản phẩm đáy để gia nhiệt cho nhập liệu.
Chọn nhiệt độ ra của sản phẩm đáy là 45
0
C
Q
w
= G
w
.C
w
.(85-45) = 0.344x4034.05x(85-45) = 55508.825(W)
Giả sử nhiệt độ mất mát ra môi trường là 40%
⇒ Q
w
’ = 95%.Qw = 46131 (W)
Nhiệt độ ra của nhập liệu là :
Q
F
= Q

w
’ = G
F
.C
F
.(t-27) ⇒ t =
C13.4127
684.3100x76.0
528.55508
27
.CG
'Q
0
FF
w
=+=+
SVTH: Võ Ngọc Tiệp - Trang 14- MSSV:69902203
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : Võ Thò Ngọc Tươi

CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
I. Đường kính tháp:
Đường kính tháp được xác đònh theo công thức: D=
tb
tb
V
ω
.3600.
.4
Π
Trong đó: V

tb
lượng hơi trung bình đi trong tháp(m
3
/h)

ω
tb
tốc độ hơi trung bình đi trong tháp(m/s)
Vì lượng hơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao tháp và khác nhau trong
mỗi đoạn nên ta phải tính đường kính trung bình riêng cho từng đoạn: chưng và cất.
1. Đường kính đoạn cất:
Nồng độ trung bình của pha lỏng: x
’
m
=
625.0
2
95.03.0
2
xx
DF
=
+
=
+
Nồng độ trung bình của pha hơi theo phương trình đường làm việc:
y
’
m
=0.474x

’
m
+0.5=0.796
Nhiệt độ trung bình của pha lỏng, pha hơi theo giản đồ T-x
x
’
m
=0.625
→
t
’
x
=59
0
C
y
’
m
=0.796
→
t
’
y
=65
0
C
Khối lượng mol trung bình, khối lượng riêng của pha hơi:
M
’
m

=y
’
m
.M
a
+(1-y
’
m
).M
n
=49.84(kg/kmol)

'
y
ρ
=
)m/kg(797.1
T4.22
T.M
3
y
'
0
'
m
=

Khối lượng riêng của pha lỏng:
x
’

m
=0.625
→

843.0
'
=
−
m
x
phần khối lượng
t
’
x
=59
0
C
→






=ρ
=ρ
3
'
n
3

'
a
m/kg45.983
m/kg1.747
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn cất:
g
tb
=
2
1
gg
d
+

* g
d
: lượng hơi ra của sản phẩm đỉnh
g
d
=G
R
+G
D
=
−
D
(R
x
+1)=2850kg/h
* g

1
: lượng hơi đi vào đoạn cất:
g
1
=G
1
+G
D
=G
1
+G
D
=G
1
+1500
Lượng hơi g
1
, hàm lượng y
1,
lượng lỏng G
1
được xác đònh theo:
SVTH: Võ Ngọc Tiệp - Trang 15- MSSV:69902203
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD : Võ Thò Ngọc Tươi
−−
−








=
+=
+=
D
dd
x
rgrg
DxGyg
DGg
11
1111
11
(x
1
=
−
F
x
)
r
1
=r
a
y
1
+(1-y
1

)r
n
r
d
=r
a
nDD
ryy )1(
−−
−+

Tại t
F
=62.5
0
C 



=
=
)kg/kj(882.2249r
)kg/kj(285.516r
n
a
Tại t
D
=57.5
0
C 




=
=
)kg/kj(466.2425r
)kg/kj(257.521r
n
a

Giải hệ trên ta được:







=
=
=
=
)h/kg(83.607G
)kg/kj(99.745r
867.0y
)h/kg(83.2107g
1
1
1
1

Do đó: g
tb
=
)/(915.2478
2
1
hkg
gg
d
=
+

Vận tốc hơi đi trong tháp:
Lg
125.0
xtb
ytb
25.0
y
x
16.0
n
x
xtb
3
d
ytbd
2
'

s
G
G
75.1A
.V.g
..








ρ
ρ








−=

















µ
µ
ρ
ρσω


'
s
ω
:Tốc độ bắt đầu tạo nhũ tương(m/s);
d
σ
:Bề mặt riêng của đệm(m
2
/
m
3
);V
d

:Thể tích tự do của đệm(m
3
/m
3
); g: Gia tốc trọng trường(m/s
2
); G
x
,G
y
: Lượng
lỏng và lượng hơi trung bình(kg/h);
ytbxtb
ρρ
,
:Khối lượng trung bình của lỏng và của
hơi(kg/m
3
);
nx
µµ
,
:Độ nhớt của pha lỏng ở nhiệt độ trung bình và độ nhớt của nước
ở 20
0
C(Ns/m
2
)
A = 0.125
ρ

ytb
= 1.797 (Kg/m
3
)
s
xtb
= 776.39 (Kg/m
3
)
Chọn đệm vòng Raschig bằng sứ, kích thước 25 x 25 x 3 (mm)
Các thông số đệm:





=
=
=
)
m
600(Kg/
)
m
/
m
0.75(
V
)
m

/
m
195(
3
d
33
d
32
d
ρ
δ

t
x
’ = 59  µ
x
= 0.2316 x 10
3
(Ns/m
2
)
G
x
= 607.83 (Kg/h) = 0.169 (Kg/s)
Gy = 2478.915 (Kg/h) = 0.689 (Kg/s)
ρ
n
= 1000 (Kg/m
3
)

L
g
8/14/1
16.0
3
2
s
39.776
797.1
x
689.0
169.0
x75.1125.0
1000
10
x2316.0
x
39.776x76.0x81.9
797.1x165x'
w













−=
















−
⇒ w
s
’ = 6.11 (m/s)
SVTH: Võ Ngọc Tiệp - Trang 16- MSSV:69902203