thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp Nước – Axeton

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA: CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT HĨA HỌC

ĐỒ ÁN MƠN HỌC Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ
ĐỀ TÀI
Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ khơng có ống chảy chuyền
để phân tách hỗn hợp Axeton – Nước

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Văn..
Sinh viên: Vũ Thị Thu…
Lớp: CNKT Hóa 1

Khóa: K13

Mã sinh viên: 2018….

Hà Nội, năm 2020


Trường ĐH Cơng nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng nghệ Hóa

BỘ CƠNG THƯƠNG

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MƠN HỌC Q TRÌNH THIẾT BỊ
Số :……….
Họ và tên HS-SV: Vũ Thị Thu...
Lớp : ĐHCN Hóa 1- K13

Khóa : K13

Khoa : Cơng nghệ hóa
Giáo viên hướng dẫn : Thầy Nguyễn Văn...
NỘI DUNG
Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ khơng có ống chảy
truyền để phân tách hỗn hợp Nước – Axeton
Các thông số ban đầu :
- Năng suất tính theo hỗn hợp đầu : F = 7,447 tấn/giờ.
- Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong:
+ Hỗn hợp đầu :

a = 0,28

phần khối lượng.

+ Sản phẩm đỉnh :

a = 0,96 phần khối lượng

+ Sản phẩm đáy :

a = 0,02

phần khối lượng

-Tháp làm việc ở áp suất thường .
- Hồn hợp đầu được gia nhiệt tới nhiệt độ sôi .
stt

Tên bản vẽ

Khổ giấy

Số lượng

1

Vẽ dây chuyền sản xuất

A4

01

2

Vẽ hệ thống tháp chưng luyện

A0

01

PHẦN THUYẾT MINH
Ngày giao đề: 10/09/2020

Ngày hoàn thành: 12/11/2020

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN
Giáo viên hướng dẫn nhận xét:............................................................................
GVHD: Nguyễn Văn
SV: Vũ Thị Thu

Page 2


Trường ĐH Cơng nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng nghệ Hóa

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

Điểm: ................................

Chữ ký:........................................

Cán bộ chấm hay Hội đồng bảo vệ nhận xét:......................................................
.............................................................................................................................

.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
Điểm:......................

Chữ ký:...............................

Điểm tổng kết:........

Mục lục

GVHD: Nguyễn Văn
SV: Vũ Thị Thu

Page 3


Trường ĐH Cơng nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng nghệ Hóa

GVHD: Nguyễn Văn
SV: Vũ Thị Thu

Page 4

Trường ĐH Cơng nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng nghệ Hóa

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, nền công nghiệp đã
mang lại cho con người những lợi ích vơ cùng to lớn về cả vật chất lẫn tinh
thần. Để nâng cao đời sống nhân dân,để hòa nhập chung với sự phát triển chung
của các nước trong khu vực cũng như trên thế giới. Đảng và nhà nước ta đã đề
ra mục tiêu: cơng nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước.
Trong tiến trình cơng nghiệp hóa hiện đại hóa đất nuớc những ngành kinh
tế mũi nhọn: công nghệ thông tin, công nghệ sinh học công nghệ điện tử tự
động hóa,cơng nghệ vật liệu mới… cơng nghệ hóa giữ vai trị quan trọng trong
việc sản xuất các sản phẩm phục vụ cho nền kinh tế quốc dân. Tạo tiền đề cho
nhiều ngành khác phát triển.
Khi kinh tế phát triển nhu cầu của con người ngày càng tăng. Do vậy các
sản phẩm cũng đòi hỏi cao hơn, đa dạng hơn,phong phú hơn theo đó cơng nghệ
sản xuất cũng phải nâng cao trong cơng nghệ hóa học nói chung viêc sử dụng
hóa chất có độ tinh khiết cao là yếu tố căn bản tạo ra sản phẩm có chất lượng
cao. Có nhiều phương pháp khác nhau để làm tăng nồng độ, độ tinh khiết:
chưng cất,cơ đặc,trích li… tùy vào tính chất của hệ mà ta lựa chọn phương pháp
thích hợp.

GVHD: Nguyễn Văn
SV: Vũ Thị Thu

Page 5

Trường ĐH Cơng nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng nghệ Hóa

PHẦN I: TỔNG QUAN
1. Lý thuyết về chưng cất
1.1. Phương pháp chưng cất
Chưng luyện là một phương pháp chưng cất nhằm để phân tách một hỗn hợp
khí đã hóa lỏng dựa trên độ bay hơi tương đối khác nhau giữa các cấu tử thành
phần ở cùng một áp suất.
Phương pháp chưng luyện này là một q trình trưng luyện trong đó hỗn hợp
được bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần, kết quả cuối cùng ở đỉnh tháp thu được một
hỗn hợp gồm hầu hết các cấu tử dễ bay hơi và nồng độ đạt yêu cầu, phương
pháp chưng luyện cho hiệu suất phân tách cao, vì vậy nó được sử dụng nhiều
trong thực tế.
Dựa trên các phương pháp chưng luyện liên tục, người ta đưa ra nhiều thiết
bị phân tách đa dạng như tháp chóp, tháp đĩa lỗ, tháp đĩa lỗ khơng có ống chảy
truyền, tháp đệm… Trong q trình sản xuất Axeton thường kèm theo nhiều sản
phẩm phụ là nước. Vì vậy, nồng độ cũng như độ tinh khiết của Axeton khơng
được cao. Trong phần đồ án này em sẽ trình bày thiết kế tháp chưng luyện liên
tục loại tháp đĩa lỗ khơng có ống chảy chuyền để phân tách hỗn hợp Axeton –
Nước. Hỗn hợp đầu gồm 2 cấu tử là Axeton và nước nên được gọi là chưng
luyện hỗn hợp 2 cấu tử. Axeton – Nước được phân tách thành hai cấu tử riêng
biệt nhờ phương pháp chưng luyện liên tục với tháp chưng luyện là loại tháp đĩa
lỗ có ống chảy chuyền, làm việc với áp suất thường với hỗn hợp đầu vào được
gia nhiệt đến nhiệt độ sơi.
Sau q trình chưng luyện, ta thu được sản phẩn đỉnh là cấu tử có độ bay hơi lớn
hơn (Axeton) và một phần rất nhỏ cấu tử khó bay hơi hơn (Nước). Sản phẩm
đáy gồm chủ yếu cấu tử bay hơi (Nước) và một phần rất ít cấu tử dễ bay hơi

(Axeton).
GVHD: Nguyễn Văn
SV: Vũ Thị Thu

Page 6


Trường ĐH Cơng nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng nghệ Hóa

1.2. Các phương pháp chưng cất
+) Áp suất làm việc:
Chưng cất áp suất thấp .
Chưng cất áp suất thường .
Chưng cất áp suất cao .
- Nguyên tắc của phương pháp này là dựa trên nhiệt độ sôi của các cấu tử nếu
nhiệt độ sơi của các cấu tử q cao thì giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ
sôi của các cấu tử.
+) Nguyên lý làm việc : liên tục ,gián đoạn
* Chưng gián đoạn : phương pháp này sử dụng trong các trừong hợp :
+ Nhiệt độ sôi của các cấu tử khác xa nhau .
+ Khơng địi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao .
+ Tách hỗn hợp lỏng ra khỏi tạp chất không bay hơi .
+ Tách sơ bộ hỗn hợp nhiều cấu tử .
* Chưng liên tục : là quá trình được thực hiện liên tục nghịch dòng và nhiều
đoạn
1.3. Thiết bị chưng cất
Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp khác nhau nhưng chúng
đều có một u cầu cơ bản là diện tích tiếp xúc bề mắt pha lớn ,điều này phụ

thuộc độ phân tán lưu chất vào .
Tháp chưng cất rất phong phú về kích cỡ và ứng dụng .các tháp lớn thường
được sủ dụng trong cơng nghệ lọc hóa dầu . đường kính tháp phụ thuộc luơng

GVHD: Nguyễn Văn
SV: Vũ Thị Thu

Page 7


Trường ĐH Cơng nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng nghệ Hóa

pha lỏng và luợng pha khí ,độ tinh khiết của sản phẩm . theo khảo sát thường có
2 loại tháp chưng:tháp đĩa và tháp đệm .
Tháp đĩa ; thân tháp hình trụ thẳng đứng bên trong có gắn các đĩa . phân
chia thân tháp thành những đoạn bằng nhau . trên đĩa pha lỏng và pha khí tiếp
xúc với nhau tùy thuộc vào loại đĩa ta có
+ Tháp đĩa chóp :
+ Tháp đĩa lỗ :trên đĩa có các lỗ có đường kính (2-12 mm) có 2 loại tháp đĩa lỗ
- Tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền
- Tháp đĩa lỗ khơng có ống chảy truyền
Tháp đệm :tháp hình trụ gồm nhiều đoạn nối với nhau bằng mặt bích hay hàn .
* Tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền hoạt động với hiệu suất cao ổn định. Khắc
phục được nhược điểm của các loại tháp khác ; làm việc được với chất lỏng bẩn
…
Vậy : chọn tháp đĩa lỗ khơng có ống chảy chuyền để chưng hệ Nước – Axeton
2. Giới thiệt về hỗn hợp chưng
2.1. Nước

Trong điều kiện bình thường: nước là chất lỏng không màu, không mùi,
không vị nhưng khối nước dày sẽ có màu xanh nhạt.
Khi hóa rắn nó có thể tồn tại ở dạng 5 tinh thể khác nhau.
•
•
•
•
•

Khối lượng phân tử
Khối lượng riêng d4oc
Nhiệt độ nóng chảy
Nhiệt độ sôi
Độ nhớt ở 25o C

: 18g/mol
: 1g/ml
: 0o C
: 100o C
: 1,005.10-3 N.s/m2

Nước là hợp chất chứa phần lớn trên trái đất (3/4 diện tích trái đất là nước
biển) và rất cần thiết cho sự sống.
GVHD: Nguyễn Văn
SV: Vũ Thị Thu

Page 8


Trường ĐH Cơng nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng nghệ Hóa

Nước là dung mơi phân cực mạnh, có khả năng hịa tan nhiều chất và là dung
môi rất quan trọng trong kỹ thuật hóa học.
Nước là một hợp chất hóa học của oxy và hidro, có cơng thức hóa học là
H2O. Với các tính chất lý hóa đặc biệt (ví dụ như tính lưỡng cực, liên kết hiđrơ
và tính bất thường của khối lượng riêng) nước là một chất rất quan trọng trong
nhiều ngành khoa học và trong đời sống; 70% diện tích của Trái Đất được
nước che phủ nhưng chỉ 0,3% tổng lượng nước trên Trái Đất nằm trong các
nguồn có thể khai thác dùng làm nước uống. Cấu tạo: Phân tử nước bao gồm
hai nguyên tử hidro và một nguyên tử oxy. Về mặt hình học thì phân tử nước
có góc liên kết là 104,45°. Do các cặp điện tử tự do chiếm nhiều chỗ nên góc
này sai lệch đi so với góc lý tưởng của hình tứ diện. Chiều dài của liên kết O-H
là 96,84 picomet.
• Tính lưỡng cực: Oxy có độ âm điện cao hơn hidro. Việc cấu tạo thành
hình ba góc và việc tích điện từng phần khác nhau của các nguyên tử đã dẫn đến
cực tính dương ở các ngun tử hiđrơ và cực tính âm ở nguyên tử oxy, gây ra sự
lưỡng cực. Dựa trên hai cặp điện tử đơn độc của nguyên tử ôxy, lý thuyết
VSEPR đã giải thích sự sắp xếp thành góc của hai nguyên tử hiđrô, việc tạo
thành mô men lưỡng cực và vì vậy mà nước có các tính chất đặc biệt. Vì phân tử
nước có tích điện từng phần khác nhau nên một số sóng điện từ nhất định như
sóng cực ngắn có khả năng làm cho các phân tử nước dao động, dẫn đến việc
nước được đun nóng. Hiện tượng này được áp dụng để chế tạo lò vi sóng.
• Liên kết hiđrơ: Các phân tử nước tương tác lẫn nhau thông qua liên kết
hiđrô và nhờ vậy có lực hút phân tử lớn. Đây khơng phải là một liên kết bền
vững. Liên kết của các phân tử nước thông qua liên kết hidro chỉ tồn tại trong
một phần nhỏ của một giây, sau đó các phân tử nước tách ra khỏi liên kết này và
liên kết với các phân tử nước khác. Đường kính nhỏ của nguyên tử hidro đóng
vai trị quan trọng cho việc tạo thành các liên kết hidro, bởi vì chỉ có như vậy

GVHD: Nguyễn Văn
SV: Vũ Thị Thu

Page 9


Trường ĐH Cơng nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng nghệ Hóa

ngun tử hidro mới có thể đến gần nguyên tử oxy một chừng mực đầy đủ. Các
chất tương đương của nước, thí dụ như dihidro sulfua (H2S), không tạo thành
các liên kết tương tự vì hiệu số điện tích q nhỏ giữa các phần liên kết. Việc tạo
chuỗi của các phân tử nước thông qua liên kết cầu nối hidro là nguyên nhân cho
nhiều tính chất đặc biệt của nước, thí dụ như nước mặc dù có khối lượng mol
nhỏ vào khoảng 18 g/mol vẫn ở thể lỏng trong điều kiện tiêu chuẩn. Ngược lại,
H2S tồn tại ở dạng khí cùng ở trong những điều kiện này. Nước có khối lượng
riêng nhỏ nhất ở 4 độ Celcius và nhờ vào đó mà băng đá có thể nổi lên trên mặt
nước; hiện tượng này được giải thích nhờ vào liên kết cầu nối hiđrơ
• Các tính chất hóa lý của nước:
Cấu tạo của phân tử nước tạo nên các liên kết hiđrô giữa các phân tử là cơ
sở cho nhiều tính chất của nước. Cho đến nay một số tính chất của nước vẫn còn
là câu đố cho các nhà nghiên cứu mặc dù nước đã được nghiên cứu từ lâu. Nhiệt
độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của nước đã được Anders Celsius dùng làm hai
điểm mốc cho độ bách phân Celcius. Cụ thể, nhiệt độ nóng chảy của nước là 0
độ Celcius, cịn nhiệt độ sơi (760 mm Hg) bằng 100 độ Celcius. Nước đóng
băng được gọi là nước đá. Nước đã hóa hơi được gọi là hơi nước. Nước có nhiệt
độ sôi tương đối cao nhờ liên kết hiđrô Dưới áp suất bình thường nước có khối
lượng riêng (tỷ trọng) cao nhất là ở 4 °C: 1 g/cm³ đó là vì nước vẫn tiếp tục giãn
nở khi nhiệt độ giảm xuống dưới 4 °C. Điều này không được quan sát ở bất kỳ

một chất nào khác. Điều này có nghĩa là: Với nhiệt độ trên 4 °C, nước có đặc
tính giống mọi vật khác là nóng nở, lạnh co; nhưng với nhiệt độ dưới 4 °C, nước
lại lạnh nở, nóng co. Do hình thể đặc biệt của phân tử nước (với góc liên kết
104,45°), khi bị làm lạnh các phân tử phải dời xa ra để tạo liên kết tinh thể lục
giác mở. Vì vậy mà tỉ trọng của nước đá nhẹ hơn nước thể lỏng. Khi đông lạnh
dưới 4 °C, các phân tử nước phải dời xa ra để tạo liên kết tinh thể lục giác mở.
Nước là một dung mơi tốt nhờ vào tính lưỡng cực. Các hợp chất phân cực hoặc
GVHD: Nguyễn Văn
SV: Vũ Thị Thu

Page 10


Trường ĐH Cơng nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng nghệ Hóa

có tính ion như axít, rượu và muối đều dễ tan trong nước. Tính hịa tan của nước
đóng vai trị rất quan trọng trong sinh học vì nhiều phản ứng hóa sinh chỉ xẩy ra
trong dung dịch nước. Nước tinh khiết không dẫn điện. Mặc dù vậy, do có tính
hịa tan tốt, nước hay có tạp chất pha lẫn, thường là các muối, tạo ra các ion tự
do trong dung dịch nước cho phép dịng điện chạy qua. Về mặt hóa học, nước là
một chất lưỡng tính, có thể phản ứng như một axit hay bazơ. Ở 7 pH (trung tính)
hàm lượng các ion hydroxyt (OH-) cân bằng với hàm lượng của hydronium
(H3O+). Khi phản ứng với một axit mạnh hơn thí dụ như HCl, nước phản ứng
như một chất kiềm: HCl + H2O ↔ H3O+ + Cl- Với ammoniac nước lại phản
ứng như một axit: NH3 + H2O ↔ NH4+ + OH2.2 Axeton
Axeton có cơng thức phân tử: CH3-CO-CH3, khối lượng phân tử: 58 đvC. Là
chất lỏng khơng màu, có mùi đặc trưng, tan nhiều trong nước.
2.2.1. Tính chất

 Một số thơng số vật lý của Axeton
• Nhiệt độ sơi: 56,1°C
• Nhiệt độ nóng chảy: -94,6°C
• Nhiệt dung riêng (Cp): 22Kcal/mol ( chuẩn ở 102°C)
• Độ nhớt (∝): 0,316 cp (ở 25°C)
• Nhiệt trị: 0,5176 cal/g (ở 20°C)
Axeton là một dung môi tốt cho nhiều chất hữu cơ axeton làm dung mơi tốt đối
với các nitro xenluloza, axetyl 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 hữu 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-), ngồi
ra cịn 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.
GVHD: Nguyễn Văn
SV: Vũ Thị Thu

Page 11


Trường ĐH Cơng nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng nghệ Hóa

CH3-CO-CH3 + H2  CH3-CH(OH)-CH3
Xeton khó bị oxi hóa vì các gốc hidrocacbon đã cản trở khơng gian.
Tuy nhiên nó có thể bị oxi hóa bởi dung dịch thuốc tím đun nóng

với axit sunfuric tạo ra hỗn hợp các axit cacboxylic.
•

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

2.2.2. Điều chế
 oxi hóa hidrocacbon: khi đốt cháy chậm n-ankan ở pha khí ta có thể thu
được axeton
 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

 oxi hóa cumen (chỉ riêng đối với của axeton)
VD: C6H5-CH(CH3)2 + O2  CH3-CO-CH3 + C6H5-OH
2.2.3. Ứng dụng
•

Axeton có khả năng hịa tan nhiều chất hữu cơ và cũng dễ dàng được
giải phóng ra khỏi các dung dịch đó (do nhiệt độ sơi thấp) nên được
làm dung mơi trong sản suất nhiều loại hóa chất, kể cả một số polyme.
• Axeton cịn dùng làm chất đầu để tổng hợp nhiều chất hữu cơ quan
trọng khác như clorofom, idofom, bisphenol- A….
2.3. Hỗn hợp Axeton và nước
Dựng đường cân bằng theo số liệu đường cân bằng tra ở đường cân bằng lỏnghơi và nhiệt độ sôi của 2 cấu tử ở 760mmHg (tính theo % số mol) của axeton –

nước ( Bảng IX.2a_145_STQTTB tập II).
X

0

5

10

Y

0

60,3 72

20

30

40

50

70

80

90

100

80,3 82,7 84,2 85,5 86,9 88,2 90,4 94,3 100

GVHD: Nguyễn Văn
SV: Vũ Thị Thu

60

Page 12


Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội
T

100 77,9 69,6

Khoa Công nghệ Hóa

64,5 62,6 61,6 60,7 59,8 59

58,2 57,5 56,9

3. Sơ đồ công nghệ
* Dây chuyền sản xuất
Hệ thống thiết bị công nghệ chưng luyện liên tục tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền
tổng quát gồm có :
(1) : Bơm ly tâm.
(2) : Thùng cao vị.
(3) : Thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu dùng để đưa hỗn hợp đầu tới nhiệt độ
làm việc. Sử dụng thiết bị loại ống chùm, dùng hơi nước bão hồ để đun

nóng vì nó có hệ số cấp nhiệt lớn, ẩn nhiệt ngưng tụ cao. Hơi nước bão
hoà đi ngoài ống, lỏng đi trong ống.
(4) : Lưu lượng kế.
(5): Tháp chưng luyện: gồm có 2 phần : phần trên gồm từ trên đĩa tiếp liệu
trở lên đỉnh gọi là đoạn luyện, phần dưới gồm từ đĩa tiếp liệu trở xuống
gọi là đoạn chưng.
(6): Thiết bị ngưng tụ hoàn toàn sản phẩm đỉnh, nước lạnh đi trong ống.
(7) : Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh.
(8) : Thùng chứa sản phẩm đỉnh.
(9) : Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đáy. Bộ phận đun bốc hơi đáy tháp, có thể
đặt trong hay ngồi tháp.
(10) : Thiết bị tách nước ngưng.
(11) : Thùng chứa hỗn hợp đầu.
(12) : Bộ phận phân phối lỏng.
GVHD: Nguyễn Văn
SV: Vũ Thị Thu

Page 13


Trường ĐH Cơng nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng nghệ Hóa

(13) : Van xả khí khơng ngưng.
(14) : Thùng chứa sản phẩm đáy.

GVHD: Nguyễn Văn
SV: Vũ Thị Thu

Page 14


Trường ĐH Cơng nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng nghệ Hóa

3.1 Thuyết minh sơ đồ
6 13

P T

2

NƯỚ
C NÓ
NGngưng
Nước

Nước ngưng

NƯỚ
C NÓ
NG

12

5

7

NƯỚ
C

Hơi nước

HO I NU ? C
HơiNƯỚ
đốt C
HƠI

4

NƯỚ
C

8

Nước

9
T

3

10 NƯỚC NGƯNG
Nước ngưng

1

11

14

Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ tháp đĩa lỗ khơng có ống chảy truyền.

Hỗn hợp được chứa trong thùng chứa(11),được bơm ly tâm (1)bơm lên thùng
cao vị có cửa chảy tràn dùng để khống chế mức chất lỏng thùng, hỗn hợp đầu từ
thùng cao vị tự chảy xuống thiết bị gia nhiệt(3) và quá trình này được theo dõi
bằng đồng hồ lưu lượng (4) dùng hơi nước bão hịa. Sau đó hỗn hợp đầu được
gia nhiệt tới nhiệt độ sôi rồi được đưa vào đĩa tiếp liệu của tháp chưng luyện(5).
Trong tháp hơi đi từ dưới lên tiếp xúc trực tiếp với lỏng từ trên xuống tại đây
xảy ra quá trình bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần, nồng độ các cấu tử thay đổi theo
chiều cao của tháp và nhiệt độ của hỗn hợp cũng thay đổi theo. Khi bay hơi lên
GVHD: Nguyễn Văn
SV: Vũ Thị Thu

Page 15


Trường ĐH Cơng nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng nghệ Hóa

đĩa 1 có thành phần cấu tử dễ bay hơi là y1 sục trực tiếp vào lớp lỏng trên đĩa có
thành phần cấu tử dễ bay hơi là x1 ( x1hơi đĩa 1 sục vào lỏng ở đĩa 2 có nhiệt độ thấp hơn nên hơi đó sẽ bị ngưng tụ 1
phần cấu tử khó bay hơi, q trình ngưng tụ lại là quá trình tỏa nhiệt và nhiệt
này sẽ làm bay hơi 1 phần cấu tử khó bay hơi ở đĩa 2 do đó x2>x1; y2>y1 dẫn đến
hơi ở đĩa 2 sục vào đĩa . Quá trình này được xảy ra tương tự nhiều lần cuối cùng

trên đỉnh tháp thu được hầu hết cấu tử dễ bay hơi và một phần cấu tử khó bay
hơi.
Hơi đi từ đỉnh tháp vào thiết bị hồi lưu ngưng tụ, ở đây 1 phần hơi được ngưng
tụ và quay trở lại tháp. Phần còn lại được đưa vào thiết bị làm nguội rồi cho vào
thùng chứa sản phẩm đỉnh
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 rử khó bay hơi và một phần
cấu tử dễ bay hơi, hỗn hợp lỏng được đưa ra khỏi đáy tháp qua thiết bị phân
dòng, một phând đươcj đưa ra thùng chứa sản phẩm đáy và một phần được hồi
lưu tại đáy tháp. Thiết bị này có tác dụng đun sơi tuần hồn bà 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 nước ngưng. Tháp chưng luyện làm việc ở chế độ liên tục,
hỗn hợp đầu và sản phẩm được lấy ra liên tục.

GVHD: Nguyễn Văn
SV: Vũ Thị Thu

Page 16


Trường ĐH Cơng nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng nghệ Hóa

PHẦN II: TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH

Các ký hiệu thường dùng
GF: Lượng hỗn hợp đầu đi vào tháp (Kg/h)

GP: Lượng sản phẩm đỉnh (Kg/h)
GW: Lượng sản phẩm đáy (Kg/h)
F: Lượng hỗn hợp đầu, (Kmol/h)
P: Lượng sản phẩm đỉnh, (Kmol/h)
W : Lượng sản phẩm đáy, (Kmol/h)
a : Nồng độ phần khối lượng, (Kg nước/Kg hỗn hợp)
x : nồng độ phần mol, ( Kmol nước/ Kmol hỗn hợp)
M : Khối lượng phân tử, (Kg/Kmol)
: Khối lượng riêng, (Kg/Kmol)
: Độ nhớt, (Ns/m2)

- Các chỉ số F,P,W : tương ứng chỉ đại lượng đo thuộc hỗn hợp đầu, sản
phẩm đỉnh, sản phẩm đáy của hỗn hợp Nước – Axit Axetic.
-

Các chỉ số A,B,x,y,hh : tương ứng chỉ đại lượng thuộc cấu tử. Nước –
Axit Axetic, thành phần lỏng, thành phần hơi và hỗn hợp.

-

Ngồi ra cịn nhiều ký hiệu khác được định nghĩa tại chỗ.

GVHD: Nguyễn Văn
SV: Vũ Thị Thu

Page 17


Trường ĐH Cơng nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng nghệ Hóa

1. Tính tốn cân bằng vật liệu tồn thiết bị
1.1. Phương trình cân bằng vật liệu của toàn tháp
GF = Gp + GW

(1)

- Phương trình cân bằng vật liệu cho cấu tử dễ bay hơi
GF.aF = GP.aP + GW.aW

(2)

Từ (1) và(2) ta có

- Theo đề ra F= 7,447 tấn/h = 7447 Kg/h. Vậy lượng sản phẩm đỉnh là:
.
- Lượng sản phẩm đáy :
a. Chuyển đổi nồng độ:
Chuyển nồng độ phần khối lượng sang phần mol
Ta có:

x=
với MA= 58 Kg/Kmol

MB= 18 Kg/Kmol

aF= 0,28

(phần khối lượng)

aP= 0,96

(phần khối lượng)

aW=0,02

(phần khơí lượng)

GVHD: Nguyễn Văn
SV: Vũ Thị Thu

Page 18


Trường ĐH Cơng nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng nghệ Hóa

Thay số:

b. Khối lượng mol trung bình trong pha lỏng:
M= a.MA + (1-a).MB
Thay số ta có:
- MF= xF.MA + (1-xF).MB
= 0,108. 58 + (1- 0,108).18 = 22,32 (Kg/kmol)
-

MP= xP.MA + (1-xP).MB
= 0,882. 58 + (1- 0,882).18 = 53,28 (Kg/kmol )

-

MW= xW.MA + (1- xW).MB
= 0,0063. 58 + (1-0,0063).18 = 18,252 (Kg/kmol )

Vậy lưu lượng trung bình của chất lỏng trên là:

F=

= (Kmol/h)

P=

= (Kmol/h)

GVHD: Nguyễn Văn
SV: Vũ Thị Thu

Page 19


Trường ĐH Cơng nghiệp Hà Nội

W=

Khoa Cơng nghệ Hóa

= (Kmol/h)

1.2. Tính chỉ số hồi lưu thích hợp (Rth)
Để đơn giản cho việc thiếp lập đường làm việc của tháp chưng luyện, ta giả
thiết:
- Dòng mol pha hơi đi từ dưới lên khơng đổi trên tồn bộ chiều cao của
tháp. Dịng mol pha lỏng đi từ trên xuống không đổi trong đoạn luyện và
đoạn chưng,. Tức thoa mãn điều kiện sau:
+ Nhiệt hóa hơimol của các cấu tử bằng nhau theo cơng thức
kinh nghiệm của Trouton

+ Khơng có nhiệt hịa tan
+ Khơng có nhiệt mất mát ra mơi trường xung quanh
+Sự sai khác về nhiệt lượng riêng của chất lỏng sôi trên các tiết
diện khác nhau của tháp được bỏ qua
- Hỗn hợp đầu vào tháp ở nhiệt độ sôi
- Chất lỏng đi ra khỏi tháp thiết bị ngưng tụ có thành phần bằng thành phần
hơi đi ra ở đỉnh tháp
- Hơi bốc lên từ đáy tháp có nồng độ bằng nồng độ sản phẩm đỉnh
- Đun sôi tháp bằng hơi đốt trực tiếp
a. Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện
- Phương trình cân bằng vật liệu
GVHD: Nguyễn Văn
SV: Vũ Thị Thu

Page 20


Trường ĐH Cơng nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng nghệ Hóa

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

Đạt

chỉ số hồi lưu

b. Phương trình đường nồng độ làm việc của 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

Mà
Thay vào ta có : (P+ L0).y’= (F+L0).x’ – (F-P).xw
GVHD: Nguyễn Văn
SV: Vũ Thị Thu

Page 21


Trường ĐH Cơng nghiệp Hà Nội

Đặt :

Khoa Cơng nghệ Hóa

,

Bảng thành phần cân bằng lỏng hơi của cấu tử Nước – Axeton
X

0

5

10

Y

0

60,3 72

T

100 77,9 69,6

20

30

40

50

70

80

90

100

80,3 82,7 84,2 85,5 86,9 88,2 90,4 94,3 100
64,5 62,6 61,6 60,7 59,8 59

GVHD: Nguyễn Văn
SV: Vũ Thị Thu

60

Page 22

58,2 57,5 56,9


Trường ĐH Cơng nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng nghệ Hóa

Dựa vào bảng số liệu trên
- 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=0,731
Áp dụng cơng thức

Rmin =

=

c. Xác định chỉ số hồi lưu làm việc (Rx)
Rx =
Trong đó

.Rmin

: hệ số dư
= (1,2

ứng với mỗi giá trị của

Rmin
ta được một giá trị Rx . Thay Rx ta có đường nồng độ

làm việc của đoạn luyên và đoạn chưng.
Vẽ đồ thị xác định được số đĩa lý thuyết Nlt

GVHD: Nguyễn Văn
SV: Vũ Thị Thu

Page 23

Trường ĐH Cơng nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng nghệ Hóa

Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết với β= 1,8, Nlt = 4
Từ các đồ thị trên ta có bảng sau

Với

GVHD: Nguyễn Văn
SV: Vũ Thị Thu

Page 24


Trường ĐH Cơng nghiệp Hà Nội

Khoa Cơng nghệ Hóa

Lập được bảng kết quả sau
Rx

B

Nlt

N

1,2

0,2904

0,684

6

7,7424

1,3

0,3146

0,671

5

6,573

1,5

0,363

0,647

5

6,815

1,8

0,4356

0,614

4

5,7424

1,9

0,4598

0,604

4

5,8392

2,1

0,5082

0,585

4

6,0328

2,3

0,5566

0,567

4

6,2264

2,5

0,605

0,550

4

6,42

- Từ bảng ta thấy với RX = 0,4356 thì Nth.(Rx + 1) = 5,7424 là bé nhất
Vậy Rth= 0,4356

( Số đĩa lý thuyết là 4)

Phương trình đường nồng độ làm việc
- Lượng hỗn hợp đầu trên 1 đơn vị sản phẩm đỉnh là

L=

=

a, Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện:

= 0,3034.x + 0,6165
b, Phương trình đường nồng độ làm việc với đoạn chưng:

GVHD: Nguyễn Văn
SV: Vũ Thị Thu

Page 25