Tài liệu Đồ án môn học: Quá Trình và Thiết Bị pptx

Đồ án môn học
Quá Trình và Thiết Bị



ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Hoàng Minh Nam


1
MỤC LỤC


LỜI MỞ ĐẦU
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN

I . LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT
1 . Phương pháp chưng cất

2 . Thiết bị chưng cất:
II . GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU
1 . Nước
2 . Acid acetic

3 . Hỗn hợp Nước – Acid acetic
III . CÔNG NGHỆ CHƯNG CẤT HỆ NƯỚC – ACID ACETIC
CHƯƠNG II : CÂN BẰNG VẬT CHẤT
I . CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU
II . XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ĐỈNH VÀ SẢN PHẨM ĐÁY

III . XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HOÀN LƯU THÍCH HỢP
1 . Tỉ số hoàn lưu tối thiểu
2 . Tỉ số hoàn lưu thích hợp
IV . PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC – SỐ MÂM LÝ THUYẾT
1 . Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất
2 . Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng
3 . Số mâm lý thuyết
CHƯƠ
NG III :TÍNH TOÁN –THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT
I . ĐƯỜNG KÍNH THÁP
1 . Đường kính đoạn cất
2 . Đường kính đoạn chưng
II.TRỞ LỰC CỦA MÂM
1 . Cấu tạo mâm lỗ
2 . Độ giảm áp của pha khí qua một mâm
3 . Kiểm tra ngập lụt khi tháp hoạt động :
III . TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CỦA THÁP
1 . Bề dày thân tháp :
2 . Đáy và nắp thiết bị :
3 . Bích ghép thân, đáy và nắp :
4 .
Đường kính các ống dẫn – Bích ghép các ống dẫn :
5 . Tai treo và chân đỡ:
CHƯƠNG IV : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT- THIẾT BỊ

PHỤ
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Hoàng Minh Nam


2
I . CÁC THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT
1 . Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh

2 . Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh
3 . Nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy
4 . Thiết bị trao đổi nhiệt giữa nhập liệu và sản phẩm đáy
5 . Thiết gia nhiệt nhập liệu
II. TÍNH BẢO ÔN CỦA THIẾT BỊ
III . TÍNH TOÁN BƠM NHẬP LIỆU
1 . Tính chiều cao bồn cao vị
2 . Chọn bơm
CHƯƠNG V : GIÁ THÀNH THIẾT BỊ
I .
TÍNH SƠ BỘ GIÁ THÀNH CỦA THIẾT BỊ
II . KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO








ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Hoàng Minh Nam

3
LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển vượt bậc của nền công nghiệp thế giới và nước nhà, các
ngành công nghiệp cần rất nhiều hoá chất có độ tinh khiết cao. Các phương pháp được sử
dụng để nâng cao độ tinh khiết: trích ly, chưng cất, cô đặc, hấp thu… Tùy theo đặc tính yêu
cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp thích hợp.
Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị là một môn học mang tính tổng hợp trong quá
trình học t
ập của các kỹ sư hoá- thự c phẩm tương lai. Môn học giúp sinh viên giải quyết
nhiệm vụ tính toán cụ thể về: yêu cầu công nghệ, kết cấu, giá thành của một thiết bị trong
sản xuất hoá chất - thực phẩm. Đây là bước đầu tiên để sinh viên vận dụng những kiến
thức đã học của nhiều môn học vào giải quyết những vấn đề kỹ thuật th
ực tế một cách tổng
hợp.
Nhiệm vụ của ĐAMH là thiết kế tháp chưng cất hệ nước – acid acetic hoạt động liên tục
với nâng suất nhập liệu: 0,8 m
3
/h có nồng độ 88% khối lượng nước ,thu được sản phẩm đỉnh
có nồng độ 99,5% khối lượng nước, sản phẩm đáy 70% khối lượng nước. Đối với hệ nước –
acid acetic là hệ 2 cấu tử tan lẫn hoàn toàn, có nhiệt độ sôi cách xa nhau, nên ta dùng phương
pháp chưng cất để thu được nước có độ tinh khiết cao.
Trong qua trình chưng cat ta thu sản phảm day với nơng do nhỏ de phục vụ cho nganh
cơng nghiep sả
n xuat cao su
Em chân thành cảm ơn các quí thầy cô bộ môn Máy & Thiết Bị, thầy Hoang Minh Nam,
các bạn sinh viên đã giúp em hoàn thành đồ án này. Em rất mong sự góp ý, chỉ dẫn của quí
thầy cô.

ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Hoàng Minh Nam


4


CHƯƠNG I : TỔNG QUAN.

I . LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT
:
1 . Phương pháp chưng cất :
Chưng cất là qua trình phân tách hỗn hợp lỏng (hoặc khí lỏng) thành các cấu tử riêng
biệt dựa vào sự khác nhau về độ bay hơi của chúng (hay nhiệt độ sôi khác nhau ở cùng áp
suất), 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. Khác với cô đặc, chưng cất là quá trình trong đó
cả dung môi và chất tan đều bay h
ơi, còn cô đặc là quá trình trong đó chỉ có dung môi bay
hơi.
Khi chưng cất ta thu được nhiều cấu tử và thường thì bao nhiêu cấu tử sẽ thu được bấy
nhiêu sản phẩm. Nếu xét hệ đơn giản chỉ có 2 hệ cấu tử thì ta thu được 2 sản phẩm: sản
phẩm đỉnh chủ yếu gồm gồm cấu tử có độ bay hơi lớn (nhiệt độ sôi nhỏ ), sản phẩm đáy
ch
ủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé(nhiệt độ sôi lớn) .Đối với hệ nước – acid acetic sản
phẩm đỉnh là nước, sản phẩm đáy chủ yếu gồm acid acetic và một ít nước.
Các phương pháp chưng cất: được phân loại theo:
 Áp suất làm việc : chưng cất áp suất thấp, áp suất thường và áp suất cao.
Nguyên tắc của phương pháp này là dựa vào nhiệt độ sôi của các cấ
u tử, nếu nhiệt
độ sôi của các cấu tử quá cao thì ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi của

các cấu tử.
 Nguyên lý làm việc: liên tục, gián đoạn(chưng đơn giản) và liên tục.
* Chưng cất đơn giản(gián đoạn): phương pháp này đuợc sử dụng trong các
trường hợp sau:
+ Khi nhiệt độ

sôi của các cấu tử khác xa nhau.
+ 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 hỗn hợp hai cấu tử (dùng thiết bị hoạt động liên tục) là quá trình được
thực hiện liên tục, nghịch dòng, nhều đoạn.
 Phương pháp cất nhiệt ở
đáy tháp: cấp nhiệt trực tiếp bằng hơi nước: thường
được áp dụng trường hợp chất được tách không tan trong nước .
Vậy: đối với hệ nước – acid acetic, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt
gián tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường.


ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Hoàng Minh Nam


5
2 . Thiết bị chưng cất:
Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp nhưng chúng đều có một yêu cầu
cơ bản là diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn ,điều này phụ thuộc vào độ phân tán của
lưu chất này vaò lưu chất kia .
Tháp chưng cất rất phong phú về kích cỡ và ứng dụng ,các tháp lớn nhất thường được
ứng dụng trong công nghiệp lọc hoá dầu. Kích thước của tháp : đườ
ng kính tháp và chiều

cao tháp tuỳ thuộc suất lượng pha lỏng, pha khí của tháp và độ tinh khiết của sản phẩm.
Ta khảo sát 2 loại tháp chưng cất thường dùng là tháp mâm và tháp chêm.
 Tháp mâm: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các mâm có cấu
tạo khác nhau để chia thân tháp thành những đoạn bằng nhau, trên mâm pha lỏng và
pha hơi đựơc cho tiếp xúc với nhau. Tùy theo cấu tạo của đĩa, ta có:
* Tháp mâm chóp : trên mâm bố trí có chép dạng:tròn ,xú bắp ,chữ s…
* Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm bố trí các lỗ có đường kính (3-12) mm.
 Tháp chêm(tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều đoạn nối với nhau bằng mặt
bích hay hàn. Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp: xếp
ngẫu nhiên hay xếp thứ tự.
* So sánh ưu và nhược điểm của các loại tháp :

Tháp chêm. Tháp mâm xuyên lo. Tháp mâm chóp.
Ưu điểm: - Đơn giản. - Hiệu suất tương đối cao. - Hiệu suất cao.
- Trở lực thấp. - Hoạt động khá ổn định. - Hoạt động ổn định.

- Làm việc với chất lỏng
bẩn.

Nhược điểm: - Hiệu suất thấp. - Trở lực khá cao. - Cấu tạo phức tạp.
- Độ ổn định kém.
- Yêu cầu lắp đặt khắt khe
-> lắp đĩa thật phẳng. - Trở lực lớn.
- Thiết bị nặng.
- Không làm việc với
chất lỏng bẩn.
Nhận xét:ta nhan thay thap chem don giản dẽ sử dụng nhat.
Vậy: Chưng cất hệ nước – acid acetic ta dùng tháp mâm xuyên lỗ hoạt động liên tục ở
áp suất thường, cấp nhiệt gián tiếp ở đáy tháp, nhập liệu sau khi trao đổi nhiệt với thiet bi
gia nhiet nhap lieu,san pham day dược làm nguội để thu sản phẩm chính, sản phẩm đỉnh

được dẫn vào nồi đun để tạo hơi nước quá nhiệt cấp nhiệt cho nhập liệu và n
ồi đun đáy
tháp.

II . GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU :
Nguyên liệu là hỗn hợp bezen – acid acetic.
1 . NƯỚC:
Nước: là chất lỏng không màu, khơng mùi,la dung mơi hoa tan tốt c hợp chất phan
cực,năng hơn dung mơi hữu cơ, không hoa tan dung mơi hữu cơ,…nước sôi ở 100
0
C và
đông đặc ở 0
0
C.

2 . Acid acetic:
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Hoàng Minh Nam


6
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.

3 . Hỗn hợp Nước-Acid acetic:
Ta có bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp Nước-Acid
acetic 760 mmHg:

Ñ o à t h ò x , y c u ûa h e ä B e z e n - A c i d a c e t i c
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 102030405060708090100
x(% )
y(% )
x(%phân mol) 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
y(%phân mol) 0 9.2 16.7 30.3 42.5 53 62.6 71.6 79.5 86.4 93 100
t(
o
C) 118.1 115.4 113.8 110.1 107.5 105.8 104.4 103.3 102.1 101.3 100.6 100
ĐAMH Q Trình và Thiết Bị GVHD : Hồng Minh Nam


7
III. CƠNG NGHỆ CHƯNG CẤT HỆ NƯỚC-ACID ACETIC:
* Sơ đồ qui trình cơng nghệ chưng cất hệ nước-acid acetic:

13
Sản Phẩm Đáy
Nước Lỏng
Nguyên Liệu
2
1
Sản Phẩm Đáy
T
P
T
7
T
T
6
4
Nước
12
Sản Phẩm Đỉnh
Hơi Nước
11
5
Nước
9
10
3
P
14
T
15
Nước

8
Hơi không ngưng
Nước










Chú thích :
1. Bồn chứa ngun liệu .
2. Bơm.
3. Bồn cao vị .
4. Bẩy hơi .
5. Lưu lượng kế .
6. Van .
7. Tháp chưng cất .
8. Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh .
9. Bộ phận chỉnh dòng .
10. Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh .
11. B
ồn chứa sản phẩm đỉnh .
12. Nồi đun .
13. Đun sơi nhập liệu bằng sản phẩm đáy .
14. Ap kế .
15. Nhiệt kế .

* Thuyết minh qui trình cơng nghệ:
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Hoàng Minh Nam


8
Hỗn hợp nước-acid acetic có nồng độ nước 88% ( theo khối lượng) , nhiệt độ khoảng 25
0
C tại bình chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3). Từ đó được đưa đến
thiết bị gia nhiệt (13) ( trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy). Ở đây, hỗn hợp được gia nhiệt đến
nhiệt độ 100,1727
0
C . Sau đó, hỗn hợp được đưa vào tháp chưng cất (7) ở đĩa nhập liệu.
Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn cất của tháp chảy xuống.
Trong tháp hơi, đi từ dưới lên gặp chất lỏng từ trên xuống . Ở đây, có sự tiếp xúc và trao đổi
giữa hai pha với nhau. Pha lỏng chuyển động trong phần chư
ng càng xuống dưới càng giảm
nồng độ các cấu tử dễ bay hơi vì đã bị pha hơi tạo nên từ nồi đun (12) lôi cuốn cấu tử dễ bay
hơi . Nhiệt độ càng lên trên càng thấp, nên khi hơi đi qua các đĩa 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 nước chiếm nhiều nh
ất ( có nồng độ 99,5% theo khối lượng ). Hơi này đi vào thiết bị
ngưng tụ (8) và được ngưng tụ một phần ( chỉ ngưng tụ hồi lưu). Một phần chất lỏng ngưng
được đưa qua bồn chứa sản phẩm đỉnh (11). Phần còn lại của chất lỏng ngưng được hồi lưu
về tháp ở đĩa trên cùng với tỷ số hoàn lưu tố
i ưu . 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 đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng gồm hầu hết là cấu tử khó bay hơi (
acid acetic). Hỗn hợp lỏng ở đáy có nồng độ nước là 70% theo khối lượng, còn lại là acid
acetic. Dung dịch lỏng ở đáy đi ra kh
ỏi tháp, một phần được đun, bốc hơi ở nồi đun (12) cung

cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc, phần còn lại được đưa qua thiết bị ngưng tụ sản phẩm
đáy(10) trao đổi nhiệt với nước lm mt , nhiệt độ của sản phẩm đáy sau khi trao đổi nhiệt là
40
0
C .
Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là nước, sản phẩm đáy là acid acetic
sau khi trao đổi nhiệt với nươc làm mát được đưa vào bồn chứa.
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Hoàng Minh Nam


9

CHƯƠNG II : CÂN BẰNG VẬT CHẤT .

Ký hiệu các đại lượng:
Kí hiệu Ý nghĩa Đơn vị
Cân bằng vật chất
F

Năng suất nhập liệu theo khối lượng kg/h
F
Năng suất nhập liệu theo số mol kmol/h
D
Suất lượng sản phẩm đỉnh theo khối lượng kg/h
D
Suất lượng sản phẩm đđỉnh theo số mol kmol/h
W
Suất lượng sản phẩm đáy theo khối lượng kg/h
W

Suất lượng sản phẩm đáy theo số mol kmol/h
F
x

Nồng độ phần mol nhập liệu trong pha lỏng % mol
F
x

Nồng đđộ phần khối lượng nhập liệu trong
pha lỏng
% khối lượng
D
x

Nồng đđộ phần mol sản phẩm đđỉnh trong
pha lỏng
% mol
D
x

Nồng đđộ phần khối lượng sản phẩm đđỉnh
trong pha lỏng
% khối lượng
W
x

Nồng độ phần mol dịng sản phẩm đy trong
pha lỏng
% mol
W

x

Nồng đđộ phần khối lượng sản phẩm đáy
trong pha lỏng
% khối lượng
F
y

Nồng độ phần mol nhập liệu trong pha hơi % mol
F
y
Nồng độ phần khối lượng dịng nhập liệu
trong pha hơi
% khối lượng
D
y

Nồng đđộ phần mol sản phẩm đđỉnh trong
pha hơi
% mol
D
y
Nồng độ phần khối lượng sản phẩm đđỉnh
trong pha hơi
% khối lượng
W
y

Nồng đđộ phần mol sản phẩm đđáy trong
pha hơi

% mol
W
y
Nồng đđộ phần khối lượng sản phẩm đđáy
trong pha hơi
% khối lượng
x

Nồng đđộ phần mol trong pha lỏng % mol
x

Nồng đđộ phần khối lượng trong pha lỏng % khối lượng
*
y

Nồng độ phần mol trong pha hơi cân bằng
với pha lỏng
% mol
*
y

Nồng đđộ phần khối lượng trong pha hơi cân
bằng với pha lỏng
% khối lượng
a
M

Khối lượng mol phân tử bezen kg/kmol
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Hoàng Minh Nam

10
a
M

Khối lượng mol phân tử acid acetic kg/kmol
tb
M

Khối lượng mol phân tử trung bình kg/kmol
G
Suất lượng theo số mol kmol/h
G

Suất lượng theo khối lượng kg/h
F
M

Khối lượng mol phân tử trung bình nhập liệu kg/kmol
D
M

Khối lượng mol phân tử trung bình sản phẩm
đđỉnh
kg/kmol
W
M

Khối lượng mol phân tử trung bình sản phẩm
đđáy

kg/kmol
S
t
Nhiệt đđộ sôi của dung dịch
0
C
FS
t
Nhiệt đđộ sôi của nhập liệu
0
C
D
S
t
Nhiệt đđộ sôi của sản phẩm đđỉnh
0
C
WS
t
Nhiệt đđộ sôi của sản phẩm đđáy
0
C
Fv
t
Nhiệt đđộ nhập liệu vào
0
C
D
r
t

Nhiệt đđộ sản phẩm đđỉnh ra
0
C
Wr
t
Nhiệt đđộ sản phẩm đáy ra
0
C
Nr
t
Nhiệt đđộ nước ra
0
C
Nv
t
Nhiệt đđộ nước vào
0
C
Tính số đĩa thực
R
min
Chỉ số hồn lưu tối thiểu

R
th
Chỉ số hồn lưu thích hợp

f Chỉ số nhập liệu

α

Độ bay hơi tương đđối

μ

Độ nhớt cP

hh
μ

Độ nhớt của hỗn hợp cP

a
μ

Độ nhớt của aceton cP

n
μ

Độ nhớt của nước cP
η

Hiệu suất đđĩa

D
η

Hiệu suất đđĩa ở đỉnh

W
η

Hiệu suất đđĩa ở đáy

F
η

Hiệu suất đđĩa ở vị trí nhập liệu

tb
η

Hiệu suất đđĩa trung bình

N
tt
Số đđĩa thực tế Đĩa

N
ttC
Số đđĩa thực tế đđoạn chưng Đĩa

N
ttL
Số đđĩa thực tế đđoạn luyện Đĩa

N
ttT
Số đđĩa thực tế cả tháp Đĩa

N
lt
Số đđĩa lí thuyết Đĩa
Cân bằng năng lượng
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Hoàng Minh Nam


11
r
b
Nhiệt hóa hơi của bezen J/kg

r
a
Nhiệt hóa hơi của nước J/kg

r
hh
Nhiệt hóa hơi của hỗn hợp J/kg

r
h
Nhiệt hóa hơi của hơi nước bão hòa dùng gia
nhiệt
J/kg

r
D
Nhiệt hóa hơi của sản phẩm đđỉnh J/kg

C
hh
Nhiệt dung riêng của hỗn hợp J/kg

C
b
Nhiệt dung riêng của benzen J/kg

C
a
Nhiệt dung riêng của acid acetic J/kg
C
Fv
Nhiệt dung riêng của nguyên liệu vào J/kg

C
Fs
Nhiệt dung riêng của nguyên liệu ở trạng thái
sôi
J/kg

C
Ds
Nhiệt dung riêng của sản phẩm đđỉnh ở trạng
thái sôi
J/kg

C
D
Nhiệt dung riêng trung bình của sản phẩm

đđỉnh
J/kg

C
Ws
Nhiệt dung riêng trung bình của sản phẩm
đáy ở trạng thái sôi
J/kg

C
W
Nhiệt dung riêng trung bình của sản phẩm
đđáy
J/kg
C
N
Nhiệt dung riêng trung bình của nước J/kg



I . CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU :
 Năng suất nhập liệu: F = 0.8 (m
3
/h) .
 Nồng độ nhập liệu:
F
x
= 88%kl nước.
 Nồng độ sản phẩm đỉnh :
D

x
= 99,55%kl nước .
 Nồng độ sản phẩm đáy:
W
x
= 70 %kl nước.
 Khối lượng phân tử của nước và acid axetic: M
N
=18, M
A
=60 .
 Chọn:
+ Nhiệt độ nhập liệu: t
F
=100,1727
o
C .
+ Nhiệt độ sản phẩm đỉnh: t
D
=100,0235
o
C .
+ Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi trao đổi nhiệt: t’
W
= 40
o
C .
+Trạng thái nhập liệu: lỏng ,sôi .

II . XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ĐỈNH VÀ SẢN PHẨM ĐÁY

:

 Suất lượng dòng lưu chất theo khối lượng:
G =G .
tb
M
. ,kg/h
 Suất lượng dòng lưu chất theo mol:
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Hoàng Minh Nam


12

G
=
tb
G
M
,kmol/h
 Chuyển từ phần khối lượng sang phần mol:
x
F
=
a
F
b
F
b
F
M

x
M
x
M
x
)1( −
+

=

60
)88.01(
18
88.0
18
88.0
−
+
= 0.9607(phần mol bezen )

x
D

=
a
D
b
D
b
D

M
x
M
x
M
x
)1( −
+

=
60
)995.01(
18
995.0
18
995.0
−
+
= 0.9985 (phần mol benzen

x
W
=
a
w
b
w
b
w
M

x
M
x
M
x
)1( −
+

=

60
)70.01(
18
70.0
18
70.0
−
+
= 0.8861 ( phần mol benzen)

 Tính M
tb
:
M
tb
F

= x
F
. M

b
+ (1- x
F
) .M
a

= 0.9607*18+(1-0.9607)*60
= 19.6506 ( Kg/Kmol)
M
tb
D

= x
D .
M
b
+ (1- x
D
) . M
a

= 0.9985*18 + (1 – 0.9985) * 60
= 18.063 ( Kg/Kmol)
M
tb
W

= x
W
* M

b
+ (1- x
W
) * M
a

= 0.8861 * 18 + (1 – 0.8861 ) * 60
= 22.7838( Kg/Kmol)
Khối lượng riêng của hỗn hợp nhập liệu:
)/(7532.957
)/(6891.957
)/(2231.958
3
3
3
mkghh
mkgA
mkgN
=
=
=
ρ
ρ
ρ

 Suất lượng dòng nhập liệu :
F =
hhM
F
F

tb
ρ
=
6891.957*6506.19
800
= 33.2695 ( kmol/h )
 Phương trình cân bằng vật chất cho toàn bộ tháp chưng cất :
⎩
⎨
⎧
+=
+=
WD
x* W x* D x* F
W D F
F
=>
WD
xx
F
−
=
WF
xx
D
−
=
FD
xx
W

−

ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Hoàng Minh Nam


13
=>D=
WD
WF
xx
xx
−
−
*F=
8861,09985,0
8861,09607,0
−
−
*33.2695=22.084 (kmol/kg)
=>W=F-D=11.1854 (kmol/kg)
D =D* M
tb
D
=18.063*22.084=467.7115 (kg/h)
W =W* M
tb
W
=22.7838*11.1854=298.8157 (kg/h)
III . XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HOÀN LƯU THÍCH HỢP:
1 . Tỉ số hoàn lưu tối thiểu:

Tỉ số hoàn lưu tối thiểu là chế độ làm việc mà tại đó ứng với số mâm lý thuyết là vô
cực .Do đó ,chi phí cố định là vô cực nhưng chi phí điều hành (nhiên liệu ,nước và
bơm…) là tối thiểu .
Do đồ thị cân bằng của hệ Etanol-Nước có điểm uốn ,nên xác định tỉ số hoàn lưu tối
thiểu bằng cách :
+Trên đồ thị cân bằng y-x ,từ đ
iểm (0,85;0,85) ta kẻ một đường thẳng tiếp tuyến với
đường cân bằng tại điểm uốn , cắt trục Oy tại điểm có y
o
= 0,26 .
+Theo phương trình đường làm việc đoạn cất , khi x
o
=0 thì
R
min
=
xx
xx
F
D
−
−
=2,269
Vậy : tỉ số hoàn lưu tối thiểu : R
min
= 2,269
2. Tỉ số hoàn lưu thích hợp:
Khi R tăng, số mâm sẽ giảm nhưng đường kính tháp ,thiết bị ngưng tụ ,nồi đun và
công để bơm cũng tăng theo.Chi phí cố định sẽ giảm dần đến cực tiểu rồi tăng đến vô cực

khi hoàn lưu toàn phần ,lượng nhiệt và lượng nước sử dụng cũng tăng theo tỉ số hoàn lưu .
Tổng chi phí bao gồm : chi phí cố định và chi phí điều hành . Tỉ số
hoàn lưu thích hợp
ứng với tổng chi phí là cực tiểu .
Tuy nhiên ,đôi khi các chi phí điều hành rất phức tạp ,khó kiểm soát nên người ta có
thể tính tỉ số hoàn lưu thích hợp từ điều kiện tháp nhỏ nhất .Để tính được tỉ số hoàn lưu
thích hợp theo điều kiện tháp nhỏ nhất (không tính đến chi phí điều hành),ta cần lập mối
quan hệ giữa tỉ số hoàn lưu và th
ể tích tháp ,từ đó chọn R
th
ứng với thể tích tháp là nhỏ
nhất.
Nhận thấy ,tiết diện tháp tỉ lệ với lượng hơi đi trong tháp ,mà lượng hơi lại tỉ lệ với
lượng lỏng hồi lưu trong tháp ,do trong điều kiện làm việc nhất định thì G
D
sẽ không đổi
nên lượng lỏng hồi lưu sẽ tỉ lệ với (R+1) ,do đó , tiết diện tháp sẽ tỉ lệ với (R+1). Ngoài ra
,chiều cao tháp tỉ lệ với số đơn vị chuyển khối m
ox
hay số mâm lý thuyết N
lt
.Cho nên ,thể
tích làm việc của tháp tỉ lệ với tích số m
ox
*(R+1) .Như vậy, ta có thể thiết lập quan hệ
giữa R và V
tháp
theo quan hệ R và m
ox
*(R+1) .Từ đồ thị của quan hệ này ,ta xác định được

điểm cực tiểu của m
ox
*(R+1) ứng với tỉ số hoàn lưu thích hợp R .

R m
ox
m
ox
*(R+1)
2.496 47.818 167.173
2.723 37.733 140.480
2.973 32.801 130.320
3.023 33.545 134.952
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Hoàng Minh Nam


14

120
130
140
150
160
170
2.00 2.50 3.00 3.50
R
R*(m
ox
+1)

Vậy : Tỉ số hoàn lưu thích hợp là R= 4.4 .
IV . PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆCSỐ MÂM LÝ THUYẾT:
1 . Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất :

y =
1
.
1
.
+
+
+ R
x
x
R
R
D
=
14,4
9985,0
.
14,4
4,4
+
+
+
x

=0,8148 .x + 0,1849
2 . Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng :

y =
W
x
R
f
x
R
fR
.
1
1
.
1 +
−
+
+
+
= 8861,0.
14,4
15067,1
.
14,4
5067,14,4
+
−
+
+
−
x
= 1,0938 .x – 0,0831

Với : f =
69,0.9067,0
9985,0
.
==
η
F
D
x
x
D
F
= 1,5067 : chỉ số nhập liệu .
3 . Số mâm lý thuyết :
Đồ thị xác định số mâm lý thuyết :(Xem hình ở trang sau ).
Từ đồ thị ,ta có : 23 mâm bao gồm : 20 mâm cất
1 mâm nhập liệu
3 mâm chưng
Tóm lại ,số mâm lý thuyết là N
lt
= 23 mâm .

ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Hoàng Minh Nam


15

CHƯƠNG III :TÍNH TOÁN –THIẾT KẾ THÁP
CHƯNG CẤT .
I . ĐƯỜNG KÍNH THÁP :(D

t
)

tb
tb
t
ω.3600.π
4V
D =
(m)
V
tb
:lượng hơi trung bình đi trong tháp (m
3
/h).
ω
tb
:tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (m/s).
g
tb
: lượng hơi trung bình đi trong tháp (Kg/h).
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng và đoạn cất khác nhau.Do đó, đường
kính đoạn chưng và đoạn cất cũng khác nhau .

1. Đường kính đoạn cất :
a . Lượng hơi trung bình đi trong tháp :
2
1
gg
g

d
tb
+
=
(Kg/h)
g
d
: lượng hơi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (Kg/h).
g
1
: lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn cất (Kg/h).
 Xác định g
d
: g
d
= D.(R+1) =467,7115.(4,4+1) = 2525,6421 (Kg/h)

 Xác định g
1
: Từ hệ phương trình :
⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
=
+=
+=
dd
D

rgrg
xDxGyg
DGg


11
1111
11
(III.1)
Với : G
1
: lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn cất .
r
1
: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn cất
r
d
: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi ra ở đỉnh tháp .
* Tính r
1
: t
1
= t
F
= 100.1727
o
C , tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)] ta có :
An nhiệt hoá hơi của nước : r
N1
=2201,7868 (KJ/kg) .

An nhiệt hoá hơi của acid axetic: r
A1
= 390,7385 (KJ/kg) .
Suy ra : r
1
= r
N1
.y
1
+ (1-y
1
).r
A1
= 390,7385+1811,.0483y
1
Tham khảo IV (tập 1) ta có :
An nhiệt hoá hơi của nước : r
Nd
= 2256,5573 (KJ/kg) .
An nhiệt hoá hơi của acid axetic : r
Rd
= 38,9795 (KJ/kg) .
Với x
D
=0.9985 tra đồ thị ta có: y
D
=0,995
Suy ra : r
d
= r

Nd
.y
D
+ (1-y
D
).r
Ad
=2256,5573.0,995 + (1- 0,995).38,9795
= 2245,4694 (KJ/kg)
* x
1
= x
F
= 0,9607
Giải hệ (III.1) , ta được : G
1
= 2341,0525 (Kg/h)
y
1
= 0.8991 (phân khối lượng nước) =>y
1
=0,9641
g
1
= 2808,7641 (Kg/h)
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Hoàng Minh Nam


16
Vậy : g

tb
=
2031.2667
2
7641.28086421.2525
=
+
(Kg/h)
b . Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :

Tốc độ của hơi đi trong tháp đệm:
()
2
16.0
3
8/1
4/1
2
8/1
4/1
16.0
3
2
.4
4.2,1lg
.2,1
ss
A
N
ytbd

xtb
xtb
ytb
T
X
S
xtb
ytb
Y
X
N
x
xtb
ytbdS
X
g
G
G
G
G
X
g
Y
eY
ωω
μ
μ
ρδ
ρν
ρ

ρ
ω
ρ
ρ
μ
μ
ρν
ρδω
=
⎪
⎭
⎪
⎬
⎫
⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⎪
⎭
⎪

⎬
⎫
⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜

⎝
⎛
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
=
−

Với : r
xtb
: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng (Kg/m
3
) .
r
ytb

: khối lượng riêng trung bình của pha hơi (Kg/m
3
) .
tốc dộ sặc(m/s)
K
ω
:tốc dộ lm việc thích hợp(m/s)
d
δ
:bề mặt rieng của dệm(m
2
/m
3
)
d
ν
:thể tích tự do của dệm(m
3
/m
3
)
A
μ
:dộ nhớt của pha long theo nhiệt dộ trung bình(NS/m
2
)
N
μ
:dộ nhớt của nước ở 20
0

C(NS/m2)
X
G :lượng long trung bình qua thp(kg/s)
Y
G :lượng hơi trung bình qua thp(kg/s)
g:gia tốc trọng trường(m/s)
Giai phương trình trn ta tìm được tốc độ sặc:
Tốc độ làm việc thicchs hợp:
()
SK
ω
ω
9,08,0 ÷=

 Xác định r
ytb
:
()
[]
()
273.4,22
273.60.118.
+
−
+
=
tb
tbtb
ytb
t

yy
ρ

Với: + Nồng độ phân mol trung bình : y
tb
=
2
1 D
yy +
=
2
995,09641,0 +
=0,9796
+ Nhiệt độ trung bình đoạn cất : t
t
=
2
DF
tt
+
=
2
0235,1001727,100
+
=100,0614
o
C
Suy ra : r
ytb
=0,6113 (Kg/m

3
).
 Xác định r
xtb
:
Nồng độ phân mol trung bình : x
tb
=
2
DF
xx +
=
2
9985,09607,0
+
= 0,9796
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Hoàng Minh Nam


17
Suy ra :
60).1(.18
.18
tbtb
tb
tb
xx
x
x
−+

=
=0,9351% .
t
tb
= 100,0614
o
C , tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)-trang 9], ta có :
r
xtb
=1000,02341 (Kg/m
3
)
Độ nhớt trung bình của pha lng:
()
cp
xx
cp
cp
x
AtbNtbX
N
A
2866.0
2498,12837.0lg.0204,04596,0lg.9796,0lg1lglg
4596,0
2837,0
1
=
−=+=−+=
=

=
μ
μμμ
μ
μ

Chọn đệm vịng sứ cĩ kích thước:50x50x5 với:
(
)
()
()
()
()
viênN
mKg
md
m
mm
d
d
d
d
d
5800
/500
05,0
79.0
/95
3
3

32
=
=
=
=
=
ρ
ν
δ

Suy ra :
()
()
()
sm
S
S
/8072.6
2866.06613,0.95
79,0.0231,1000.81,9
0231,1000
6113,0
.
741,0
611,0
.75,1125,0lg.
16,0
3
8/14/1
=

⎪
⎭
⎪
⎬
⎫
⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛

−−=
ω
ω

Tốc độ làm việc thích hợp của tháp :
8072,6.8,0.8,0 ==
ghh
ω
ω
= 5,4457 (m/s)
Vậy
:đường kính đoạn cất :
D
cất
=
4457,5.6113,0.785,0.3600
7409,0.4
785,0.3600
.4
. =
Kytb
y
G
ωρ
= 0,5325 (m).
2.
Đường kính đoạn chưng :
a . Lượng hơi trung bình đi trong tháp :

2

1
,,
,
gg
g
n
tb
+
=
(Kg/h)
g’
n
: lượng hơi ra khỏi đoạn chưng (Kg/h).
g’
1
: lượng hơi đi vào đoạn chưng (Kg/h).
 Xác định g’
n
: g’
n
= g
1
= 2808,7641 (Kg/h)
 Xác định g’
1
: Từ hệ phương trình :
⎪
⎩
⎪
⎨

⎧
==
+=
+=
1111
1
'
1
1
'
1
'
1
'
.'.''.'
'.
rgrgrg
xWygxG
WgG
nn
WW
(III.2)
Với : G
’
1
: lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn chưng .
r’
1
: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng.
 Tính r’

1
: x
W
=0,8861 tra đồ thị cân bằng của hệ ta có : y
W
=0,9227
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Hoàng Minh Nam


18
Suy ra :
() ()
7817,0
7817,0
60.9227,019227,0.18
9227,0.18
60.1.18
.18
1
==
=
−+
=
−+
=
W
WW
W
W
yy

yy
y
y

Suy ra :M
tbg’
=18.y
W
+(1-y
W
).60=21,2466 (Kg/kmol)
t’
1
= t
W
= 100,6266
o
C , tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)], ta có :
An nhiệt hoá hơi của nước : r’
N1
= 2200,5516(KJ/kg) .
An nhiệt hoá hơi của rượu : r’
R1
= 390,7528 (KJ/kg) .
Suy ra : r’
1
= r’
R1
.y
W

+ (1-y
W
).r’
N1
= 1805,4838 (KJ/kg)
* Tính r
1
: r
1
= 390,7385+1811,0483.y
1
=390,7385+1811,0483.0,7817
=2019,1419(KJ/kmol)
* W = 11,1854 (Kmol/h)
Giải hệ (III.2) , ta được : x’
1
=0,7746(phân khối lượng acid axetic)
G
’
1
= 3439,9645 (Kgl/h) =
g’
1
= 3141,1488 (Kg/h)
Vậy : g’
tb
= 9565,2974
2
1488,31417641,2808
=

+
(Kg/h)
b . Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :

Tốc độ của hơi đi trong tháp đệm:
()
2
16.0
3
8/1
4/1
2
8/1
4/1
16.0
3
2
.4
4.2,1lg
.2,1
ss
A
N
ytbd
xtb
xtb
ytb
T
X
S

xtb
ytb
Y
X
N
x
xtb
ytbdS
X
g
G
G
G
G
X
g
Y
eY
ωω
μ
μ
ρδ
ρν
ρ
ρ
ω
ρ
ρ
μ
μ

ρν
ρδω
=
⎪
⎭
⎪
⎬
⎫
⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⎪
⎭
⎪
⎬
⎫
⎪
⎩
⎪
⎨

⎧
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⎟
⎟
⎠
⎞

⎜
⎜
⎝
⎛
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
=
−

Với : r
xtb
: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng (Kg/m
3
) .
r
ytb
: khối lượng riêng trung bình của pha hơi (Kg/m
3
) .
tốc dộ sặc(m/s)
K
ω

:tốc dộ lm việc thích hợp(m/s)
d
δ
:bề mặt rieng của dệm(m
2
/m
3
)
d
ν
:thể tích tự do của dệm(m
3
/m
3
)
A
μ
:dộ nhớt của pha long theo nhiệt dộ trung bình(NS/m
2
)
N
μ
:dộ nhớt của nước ở 20
0
C(NS/m2)
X
G :lượng long trung bình qua thp(kg/s)
Y
G :lượng hơi trung bình qua thp(kg/s)
g:gia tốc trọng trường(m/s)

Giai phương trình trn ta tìm được tốc độ sặc:
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Hoàng Minh Nam


19
Tốc độ làm việc thicchs hợp:
()
SK
ω
ω
9,08,0 ÷=
 Xác định r’
ytb
:
()
[]
()
273'.4,22
273.60.'118.'
'
+
−
+
=
tb
tbtb
ytb
t
yy
ρ

Với: + Nồng độ phân mol trung bình :
y’
tb
=
2
1 W
yy +
=
2
9641,09227,0
+
=0,9434
+ Nhiệt độ trung bình đoạn chưng : t’
tb

=
2
WF
tt +
=
2
6266,1001727,100 +
=100,3996
o
C
Suy ra : r’
ytb
=0,6883 (Kg/m
3

).
 Xác định r’
xtb
:
Nồng độ khối lượng trung bình : x’
tb
=
2
WF
xx
+
=
2
88,07,0
+
= 0,79
Suy ra :
79.0' =
tb
x =79% .
t’
tb
= 100,3996
o
C , tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)-trang 9], ta có :
Khối lượng riêng của nước : r’
N
= 957,9608(Kg/m
3
)

Khối lượng riêng của rượu : r’
R
= 957,906(Kg/m
3
)
Suy ra :r’
xtb
=
1
'
'1
'
'
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
+
N
tb
R
tb
xx
ρρ

=957,9493 (Kg/m
3
)
Độ nhớt trung bình của pha lng:
()
cp
xx
cp
cp
x
AtbNtbX
N
A
2944,0
2228,12829,0lg.0766,04582,0lg.9234,0lg1lglg
4582,0
2829,0
1
=
−=+=−+=
=
=
μ
μμμ
μ
μ

Chọn đệm vịng sứ cĩ kích thước:50x50x5 với:
(
)

()
()
()
()
viênN
mKg
md
m
mm
d
d
d
d
d
5800
/500
05,0
79.0
/95
3
3
32
=
=
=
=
=
ρ
ν
δ

Suy ra :
()
()
()
sm
S
S
/303.6
2944,0883,0.95
79,0.9493,957.81,9
9493,957
6883,0
.
8264,0
5842,0
.75,1125,0lg.
16,0
3
8/14/1
=
⎪
⎭
⎪
⎬
⎫
⎪
⎩
⎪
⎨

⎧
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−−=
ω
ω

Tốc độ làm việc thích hợp của tháp :
303,6.8,0.8,0 ==
ghh
ω
ω

= 5,0424 (m/s)
Vậy
:đường kính đoạn cất :
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Hoàng Minh Nam


20
D
cất
=
0424,5.6883,0.785,0.3600
8264,0.4
785,0.3600
.4
. =
Kytb
y
G
ωρ
= 0,5507 (m).

Kết luận :
hai đường kính đoạn cất và đoạn chưng không chênh lệch nhau quá lớn
nên ta chọn đường kính của toàn tháp là : D
t
= 0,5416 (m).
Khi đó tốc độ làm việc thực ở :
+ Phần cất :
()
0

0
0
0
2
.
2
54,3034,0
2634,5
2634,54457,5
/2634,5
785,0.3600.6113,0.5416,0
741,0.4
785,0.3600
.4
<==
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝

⎛
−
===
h
kh
ytbt
y
k
sm
D
G
ω
ωω
ρ
ω

+ Phần chưng :
()
0
0
0
0
2
.
2
53,3033,0
2141,5
2141,54457,5
/2141,5
785,0.3600.6883,0.5416,0

8264,0.4
785,0.3600
.4
<==
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
===
h
kh
ytbt
y
k
sm
D
G

ω
ωω
ρ
ω

II . TRỞ LỰC CỦA VA CHIEU CAO THAP ĐỆM CỦA:
1 . Chieu cao phan cat:

()
18,0.
1
÷
+=
td
hNH .

()
mh
Yd
d
td
3239.0
4457,5
1
.
95
79.0
.200
1
200

4,0
2/1
4,0
2/1
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
ωδ
ν

td
h : chieu cao tương đương của một bậc thay đổi nồng độ(m)
Ky
ω
ω
= : toc do của pha khí đi trong tháp

N : so dĩa lý thuyết

=>
()
(
)
mhNH
td
2792,78,03239,0.2018,0.
1
=
+
=÷+=
2 . . Chieu cao phan chưng:
()
18,0.
2
÷
+=
td
hNH .

()
mh
Yd
d
td
3341,0
0424,5
1

.
95
79.0
.200
1
200
4,0
2/1
4,0
2/1
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
ωδ
ν

td
h : chieu cao tương đương của một bậc thay đổi nồng độ(m)
Ky
ω
ω
= : toc do của pha khí đi trong tháp
=>
()
(
)
mhNH
td
8023,18,03341,0.318,0.
2
=
+
=÷+=
Chieu cao của tháp đệm:
(
)
mHHH 1,98023,12792,7
21
≈
+
=+=
TRỞ LỰC CỦA THÁP ĐỆM:
Đối với đoạn cất:
Chuẩn số Reynolds của pha khí trong thp:
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Hoàng Minh Nam

21
11659
10.2855,0
1.6613,0.4457,5
Re
3
===
−
y
YY
h
μ
ρ
ω

Hệ số trở lực của đệm:
4591,2
11659
16
Re
16
2,02,0
===
Y
λ

Trở lực của đệm khô:

()

2
33
2
1
/2952,7816
2.79,0.4
6113,0.4457,5.95.2729,7
.4591,2
2 4

. mN
H
P
d
YYd
TK
===Δ
ν
ρωδ
λ

Trở lực của đệm ướt:

()
2
038,019,0342,0
038,019,0342.0
/9728,13556
2855,0
2866,0

0234,1000
6113,0
7409,0
611,0
.2,31.3,7816 1.
mN
G
G
APP
Y
X
X
Y
Y
X
Ku
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝

⎛
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛

⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+Δ=Δ
μ
μ
ρ
ρ
Với A:ệ số đối với điểm đảo pha A=3,2
Đối với đoạn cất:
Chuẩn số Reynolds của pha khí trong thp:
11935
10.2908,0
1.6883,0.0424,5
Re
3
===

−
y
YY
h
μ
ρ
ω

Hệ số trở lực của đệm:
4477,2
11935
16
Re
16
2,02,0
===
Y
λ

Trở lực của đệm khô:

()
2
33
2
21
/3838,1859
2.79,0.4
6883,0.0424,5.95.8023,1
.4477,2

2 4

. mN
H
P
d
YYd
TK
===Δ
ν
ρωδ
λ

Trở lực của đệm ướt:

()
2
038,019,0342,0
038,019,0342.0
/8036,3190
2908,0
2944,0
9493,957
6883,0
8264,0
5842,0
.2,31.4,1859 1.
mN
G
G

APP
Y
X
X
Y
Y
X
Ku
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⎟

⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛

⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+Δ=Δ
μ
μ
ρ
ρ
Với A:ệ số đối với điểm đảo pha A=3,2
Tổng trở lực trn tồn thp:
(
)
2
21
/7764,167528036,31909728,13556 mNPPP
UU
=+=Δ+Δ=Δ
CH
ỌN Đ ĨA PH N PH ỐI CH ẤT L NG VA L Ư ỚI Đ Ỡ Đ ỆM

III . TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CỦA THÁP :
1 . Bề dày thân tháp :

ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Hoàng Minh Nam

22
Vì tháp chưng cất hoạt động ở áp suất thường nên ta thiết kế thân hình trụ bằng
phương pháp hàn giáp mối (phương pháp hồ quang ). Thân tháp được ghép với nhau bằng
các mối ghép bích.
Để đảm bảo chất lượng của sản phẩm và khả năng ăn mòn của acid axetic đối với thiết
bị, ta chọn vật liệu chế tạo thân tháp là thép không gỉ mã X18H10T.
 Ap suất tính toán :
Tháp làm việc ở áp suất khí quyển, nên ta ch
ọn áp suất tính toán :
P
tt
=P
cl
+ ∑h
tl
, (N/mm
2
)
Với : P
cl
: áp suất thủy tĩnh do chất lỏng ở đáy (N/mm
2
).
Chọn áp suất tính toán sao cho tháp hoạt động ở điều kiện nguy hiểm nhất mà vẫn
an toàn nên :
P
cl
= ρ
x

.g.H
=
2
'
xtbxtb
ρ
ρ
+
.g.H=
(
)
2
/025,872171,9.81,9.
2
9493,9570234,1000
mN=
+

Suy ra : P
tt
= 16752,7764+ 87217,025 = 103969,8(N/m
2
) ~0,1039698(N/mm
2
).
 Nhiệt độ tính toán :
Chọn nhiệt độ tính toán : t
tt
= t
đáy

= 100,6266
o
C .
Tra tài liệu tham khảo [5], ứng suất tiêu chuẩn đối với thép X18H10T :
[σ]
*
= 142 (N/mm
2
).
Đối với rượu hệ số hiệu chỉnh : η = 0,95
Vậy : ứng suất cho phép : [σ] = η.[σ]
*
=134,9 (N/mm
2
).
 Xác định bề dày thân chịu áp suất trong :
Ta chọn phương pháp chế tạo thân là phương pháp hàn hồ quang điện bằng tay nên
hệ số bền mối hàn : ϕ
h
= 0,9
Xét tỷ số :
[]
9,0.
1039,0
9.134
. =
h
tt
P
ϕ

σ
=1168,5274 > 25,do đó, bề dày tính toán của thân
được tính theo công thức sau :
[]
9,0.9,134.2
1039,0.550
2
.
'
==
h
ttt
t
PD
S
ϕσ
= 0,2356 (mm).
Suy ra : bề dày thực của thân : S
t
= S’
t
+ C ,(mm).
Trong đó : C :hệ số bổ sung bề dày, C = C
a
+ C
b
+ C
c
+ C
o

Với : + C
a
: hệ số bổ sung do ăn mòn hoá học, phụ thuộc vào tốc độ ăn mòn của
chất lỏng. Chọn tốc độ ăn mòn của rượu là 0,1 (mm/năm),thiết bị hoạt động
trong 20 năm, do đó C
a
= 2 mm.
+C
b
: hệ số bổ sung do bào mòn cơ học, chọn C
b
= 0.
+C
c
: hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo, chọn C
c
= 0.
+C
o
: hệ số bổ sung qui tròn, chọn C
o
=0,7683 (mm).
Suy ra : C = 2 + 0 + 0 + 0,7682 = 2,7683 (mm).
Vậy : S
t
= 0,2356 + 2,7683= 3,004 (mm).
* Kiểm tra công thức tính toán với S
t
= 3 (mm) :
541

23
−
=
−
t
at
D
CS
= 0,0018 < 0,1 : đúng.
* Kiểm tra áp suất tính toán cho phép :
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Hoàng Minh Nam


23
[]
[]
(
)
()
(
)
()
23550
23.9,0.9,134.2 2
−+
−
=
−+
−
=

att
ath
tt
CSD
CS
P
ϕ
σ
=0,4424 > P
tt
: đúng.
Vậy : Bề dày thực của thân là S
t
= 3 (mm).
2 . Đáy và nắp thiết bị :
Chọn đáy và nắp có dạng là ellipise tiêu chuẩn, có gờ bằng thép X18H10T.

Nhận thấy: công thức tính toán bề dày thân, đáy và nắp chịu áp suất trong là như nhau. Nên
chọn bề dày của đáy và nắp là S
đ
= S
n
= 3 (mm).
Các kích thước của đáy và nắp ellipise tiêu chuẩn, có gờ(tài liệu tham khảo [4(tập 2)]:
+ Đường kính trong: D
t
= 550 (mm).
+ h
t
=137 (mm).

+ Chiều cao gờ: h
gờ
= h = 25 (mm).
+Diện tích bề mặt trong: S
đáy
= 0,37 (m
2
).
chiều day day va nắp elip của thiết bị chui ap suất trong:
[]
CSC
h
D
Pk
PD
S
b
t
hK
t
+=−
−
=
'
.2 8,3
ϕδ

Hệ số thứ nguyen:
t
D

d
k
−=1


Do ở day va nắp thiết bị co khoet lỗ với dường kính khc nhau nn ta co cc bề mặt ring
khc nhau:
đường kính lỗ ở nắp:d=0,25=>k=0,675
()
mmS 3459,0
137.2
550
.
1039,06113,0.675,0.5,211.8,3
1039,0.550
' =
−
=
đường kính lổ ở đáy: d=0,08=>k=0,8375
()
mmS 2476,0
137.2
550
.
1039,06883,0.8375,0.5,211.8,3
1039,0.550
' =
−
=
C=Ca+Cb+Cc+Co(tính tương tự như thn thiết bị ta cĩ)

Do S’ đáy v nắp khc nhau khơng đáng kể nn ta chọn bề dy đáy v nắp băng nhau:
S=3(mm)
kiểm tra p suất dư tính ton:
Bề dy đáy cần thoả mn điều kiện sau:
125,010.8,1
550
23
125,0
3
0
≤=
−
≤
−
−
t
D
CS

Ap suất cho php tính theo cơng thức:
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Hoàng Minh Nam


24
[]
[
]
()
()
(

)
()
1039,03136,0
23550
23.6498,0.133.2
2
>=
−+
−
=
−+
−
=
att
ath
CSR
CS
P
ϕ
σ
(thoả)
vậy chọn bề day thiết bị:S=3(mm)

3 . Bích ghép thân, đáy và nắp :
Mặt bích là bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của thiết bị cũng như nối các bộ
phận khác với thiết bị. Các loại mặt bích thường sử dụng:
+ Bích liền: là bộ phận nối liền với thiết bị (hàn, đúc và rèn). Loại bích này chủ yếu
dùng thiết bị làm việc với áp suất thấp và áp suất trung bình.
+ Bích tự do: chủ yếu dùng nối ống dẫn làm vi
ệc ở nhiệt độ cao, để nối các bộ bằng

kim loại màu và hợp kim của chúng, đặc biệt là khi cần làm mặt bích bằng vật liệu bền
hơn thiết bị.
+ Bích ren: chủ yếu dùng cho thiết bị làm việc ở áp suất cao.
Chọn bích được ghép thân, đáy và nắp làm bằng thép X18H10T, cấu tạo của bích là
bích liền không cổ.


Theo tài liệu tham khảo [4 (tập 2)- trang 417], ứng với D
t
=550(mm) và áp suất tính
toán P
tt
= 0,1039(N/mm
2
) ta chọn bích có các thông số sau :
D
t
D D
b
D
1
h Bu lông
d
b
Z
(mm) (cái)
550 680 630 600 20 20 16
Theo tài liệu tham khảo [4 (tập 2)- trang 170], chọn số mâm giữa hai mặt bích là 4 mâm.Vậy,
số bích ghép thân-đáy-nắp là (15.2) bích
Tính kiểm tra bích:

Xac dịnh lực nen chiều trục do xiếc bulong.
ka
QQQ +=
1

Qa lực do ap suất trong thiết bị gay ra:
()
NPDQ
ta
3537,246721039,0550
44
22
===
π
π

Qk lực cần thiết dể giử kín dệm:
(
)
NmPbDQ
ta
706,35881039,0.1.20.550
0
2
===
ππ

Q
1
=Q

a
+Q
k
=14130,5298(N)