Tìm hiểu công nghệ và tính toán thiết bị chưng cất cồn, nồng độ ban đầu 8%, nồng độ cuối 80%, năng suất nhập liệu là 1500 lít/h

Phạm Nguyễn Khánh Linh – 20174834

Lời mở đầu
Chưng cất là quá trình phân riêng các thành phần từ hỗn hợp lỏng dựa trên nhiệt
độ bay hơi khác nhau của chúng. Chưng cất là một trong những quá trình được áp dụng
từ lâu đời và đã được nghiên cứu rất kĩ lưỡng. Nó được áp dụng rất rộng rãi trong cơng
nghiệp thực phẩm, sinh học và hóa chất để chế biến rượu, cồn, tinh dầu, dầu thực vật,
điều chế oxi, lọc dầu
Cồn đóng vai trị rất quan trọng và có mặt ở khắp mọi nơi trên thế giới, ngồi mục
đích sử dụng làm đồ uống, cồn có thể sử dụng trong cơng nghiệp hóa chất, làm dung mơi
cho các phản ứng hóa học, ngun liệu. Đối với quốc phịng, cồn có thể làm thuốc súng
khơng khói, nhiên liệu hỏa tiễn. Đối với y tế, cồn là chất sát trùng hoặc pha thuốc. Trong
nông nghiệp, cồn dùng để sản xuất thuốc trừ sâu. Đối với ngành dệt, cồn làm thuốc
nhuộm, tơ nhân tạo…
Hiện nay, các ngành công nghiệp đều cần sử dụng cồn có độ tinh khiết cao. Do đó,
các nhà máy thường sử dụng nhiều phương pháp để nâng cao độ tinh khiết của sản phẩm
như chưng cất bằng thiết bị mâm chóp, tháp đĩa xuyên lỗ, tháp đệm … Tùy theo từng yêu
cầu của sản phẩm mà ta lựa chọn phương pháp phù hợp. Đối với cồn- nước là hỗn hợp
của hai chất lỏng hòa tan vào nhau, ta chọn phương pháp chưng cất bằng thiết bị đĩa chóp
để nâng cao độ tinh khiết cho cồn
Trên cơ sở những kiến thức đã được học và sự hướng dẫn của thầy giáo Ths.Lê
Ngọc Cương trong đồ án này, em xin trình bày về “ Tìm hiểu cơng nghệ và tính tốn thiết
bị chưng cất cồn, nồng độ ban đầu 8%, nồng độ cuối 80%, năng suất nhập liệu là 1500
lít/h” với nội dung bao gồm các phần sau:
Phần 1: Tổng quan
Phần 2: Tính tốn thiết bị
Phần 3: Tính tốn cơ khí và lựa chọn
Phần 4: Tính cân bằng nhiệt
Do trình độ, kinh nghiệm nghiên cứu và tài liệu tham khảo còn hạn chế nên em
khơng tránh khỏi những sai sót trong q trình nghiên cứu, tính tốn, thiết kế đồ án này,
rất mong được thầy cơ và các bạn góp ý, chỉ bảo để em có thể bổ sung, củng cố kiến thức

cho bản thân
Em xin chân thành cảm ơn

1


Phạm Nguyễn Khánh Linh – 20174834

Phần I: Tổng quan
1 Giới thiệu chung về cồn:
-

Ethanol có cơng thức phân tử là C2H5OH, là một chất lỏng, không màu, trong
suốt, mùi thơm dễ chịu đặc trưng, vị cay, nhẹ hơn nước, dễ bay hơi và dễ cháy.
Ứng dụng của cồn:
 Ethanol được dùng để pha vào xăng để tăng trị số octan cho xăng. Hiện nay
Việt Nam đang sản xuất xăng sinh học E5 với % ethanol
 Dùng làm dung môi cho ngành cơng nghiệp hóa chất, dùng trong ngành
dược
 Cồn thực phẩm: sản xuất rượu, đồ uống có cồn, nước ướp gia vị, chiết xuất
dược liệu, pha chế thuốc, vệ sinh, sát trùng, mỹ phẩm
 Cồn công nghiệp: dùng cho công nghệ in, công nghệ điện tử, dệt may, sản
xuất mỹ phẩm, dược phẩm

2 Tổng quan về quy trình sản xuất rượu cồn:
2.1 Nguyên liệu:
-

Công nghệ cồn etylic là khoa học về phương pháp và quá trình chế biến các
nguyên liệu chứa tinh bột, đường, xenluloza, etylen thành sản phẩm etylic hay

ethanol

2.2 Quy trình cơng nghệ sản xuất rượu cồn:
Cơng nghệ sản xuất cồn sử dụng các kiến thức về lý hóa học, hóa keo, q
trình và thiết bị truyền nhiệt và chuyển khối, nhất là q trình hóa sinh và vi sinh
vật học
- Chuẩn bị dịch lên men:
 Nếu nguyên liệu chứa tinh bột thì cơng đoạn này gồm nghiền, nấu, đường
hóa và làm lạnh đến nhiệt độ lên men.
 Nếu nguyên liệu là mật rỉ đường thì chuẩn bị dịch lên men gồm pha loãng
sơ bộ, xử lý mật rỉ, bổ sung dinh dưỡng, tách cặn rồi pha loãng tới nồng độ
gây men và lên men
- Gây men giống và lên men: Muốn lên men trước hết cần phát triển men giống tới
chất lượng và số lượng cần thiết, thường bằng 10% thể tích thùng lên men. Sau đó
đưa men giống và dịch đường vào thùng rồi khống chế ở điều kiện xác định để

2


Phạm Nguyễn Khánh Linh – 20174834

-

nấm men chuyển hóa đường thành rượu và CO2. Dịch nhận được sau lên men gọi
là giấm chín
Xử lý dịch lên men: Cơng đoạn này có liên quan đến kiến thức lí hóa và chuyển
khối. Thực chất là dùng hệ thống chưng luyện phù hợp để tách rượu và các chất dễ
bay hơi khỏi giấm chín, sau đó đem tinh luyện để nhận được cồn sản phẩm, thỏa
mãn tiêu chuẩn và yêu cầu tiêu dùng. Sản phẩm thu được sau xử lý bao gồm cồn
thực phẩm, cồn đầu, dầu fusel và ancol cao phân tử

3 Khái niệm chung về chưng:
3.1 Định nghĩa:
Chưng là phương pháp tách hỗn hợp chất lỏng ( cũng như hỗn hợp khí đã hóa
lỏng) thành những cấu tử riêng biệt, dựa trên độ bay hơi khác nhau của các cấu tử
trong hỗn hợp
- Chú ý: Chưng khác cô đặc: trong quá trình chưng, các cấu tử đều bay hơi, cịn
trong q trình cơ đặc chỉ có dung mơi bay hơi mà chất tan không bay hơi
- Khi chưng cất, ta thu được nhiều sản phẩm và thường thì bao nhiêu cấu tử sẽ thu
được bấy nhiêu sản phẩm. Đối với chưng cất cồn sẽ cho:
 Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm những cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần
rất ít cấu tử có độ bay hơi bé
 Sản phẩm đấy chủ yếu gồm những cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất
ít cấu tử có độ bay hơi lớn
- Để có thể thu được sản phẩm đỉnh tinh khiết, sẽ tiến hành chưng nhiều lần ( chưng
luyện). Khi tiến hành chưng hoặc chưng luyện cần phân biệt theo:
 Áp suất làm việc: chân không, áp suất thường hoặc áp suất cao.
 Số lượng cấu tử trong hỗn hợp: hệ hai cấu tử, hệ có ba hoặc số cấu tử ít hơn
mười và hệ nhiều cấu tử lớn hơn.
 Phương pháp làm việc: liên tục hoặc gián đoạn
3.2 Phân loại về phương pháp chưng cất:
3.2.1

-

-

Chưng cất đơn giản:

Là q trình có một giai đoạn trong đó pha lỏng được bốc hơi, pha hơi tạo nên

luôn luôn ở trạng thái cân bằng với pha lỏng, còn lại ở trong nồi và sau đó đến
thiết bị ngưng tụ
Quá trình có thể thực hiện gián đoạn hoặc liên tục. Nếu thực hiện gián đoạn, nồng
độ pha hơi thu được sẽ giảm dần theo thời gian chưng cất, do đó sản phẩm thường
3


Phạm Nguyễn Khánh Linh – 20174834

-

3.2.2

-

-

-

3.2.3

-

-

được chứa trong từng bình riêng biệt. Sau khi hoàn thành, chất lượng trong nồi
được tháo ra chứa nhiều cấu tử khó bay hơi. Nếu quá trình thực hiện liên tục,
thành phần sản phẩm sẽ không đổi
Dùng để tách các hỗn hợp gồm các cấu tử có độ bay hơi rất khác nhau. Phương
pháp này thường dùng để tách sơ bộ hỗn hợp nhiều cấu tử hoặc làm sạch các cấu

tử khỏi tạp chất, không địi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao
Chưng bằng hơi nước trực tiếp:

Dùng để tách các hỗn hợp gồm các chất khó bay hơi và tạp chất khơng bay hơi,
thường ứng dụng trong trường hợp chất được tách không tan trong nước
Phương pháp này được dùng để tách các hỗn hợp gồm chất khó bay hơi và tạp
chất khơng bay hơi, thường ứng dụng trong trường hợp phân chia các chất lỏng
khơng hồn tan trong nước
Hơi nước được phun trực tiếp vào chất lỏng có chứa thành phần cần chưng cất,
làm nó sơi, hơi bay lên hịa tan cùng hơi nước để đến thiết bị ngưng tụ. Sau khi
ngưng tụ, ta thu được hỗn hợp lỏng từ nước và chất dễ bay hơi thể lỏng khơng hịa
tan vào nước. Việc tách sản phẩm lỏng ra khỏi nước được thực hiện lắng phân lớp
hoặc ly tâm
Ưu điểm chính của chưng cất bằng hơi nước là tiến hành quá trình với nhiệt độ
thấp hơn nhiệt độ sôi của chất lỏng chưng cất ở cùng áp suất, đặc biệt quan trọng
với chất lỏng chịu nhiệt kém
Chưng cất:

Chưng cất là phương pháp phổ biến nhất dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp các cấu
tử dễ bay hơi có tính chất hịa tan một phần hoặc hịa tan hồn tồn vào nhau
Xuất phát từ những yêu cầu công nghệ: chưng cất đơn giản một lần thì sản phẩm
có nồng độ khơng cao, cịn chưng cất đơn giản nhiều lần liên tục thì tuy có sản
phẩm có nồng độ cao nhưng tốn chi phí, vậy nên người ta đã phát minh ra hệ
thống thiết bị chưng cất liên tục từ các thiết bị chưng cất đơn giản ghép lại với
nhau
Tuy nhiên, hệ thống chưng cất đơn giản liên tục có nhiều nhược điểm như hệ
thống bao gồm nhiều thiết bị ( chưng cất và ngưng tụ) phức tạp và tốn kém, hiệu
suất thu hồi thấp, chiếm nhiều diện tích. Trên cơ sở đó, người ta đã phát minh ra
tháp chưng luyện liên tục

4


Phạm Nguyễn Khánh Linh – 20174834

3.3 Nguyên lí hoạt động của tháp chưng luyện liên tục:
- Dung dịch chưng cất được chứa trong bể chứa 1, được bơm 2 bơm lên thùng cao
vị 3. Thùng này có tác dụng ổn định áp suất dung dịch vào tháp, trong quá trình
làm việc
- Từ thùng cao vị dung dịch đi qua định lượng 4 rồi chảy vào thiết bị gia nhiệt 5, khi
đi qua gia nhiệt dung dịch được đốt nóng lên nhiệt độ theo yêu cầu bằng hơi đốt
bão hòa trước khi đi vào tháp chưng cất 6 ở vị trí đĩa tiếp liệu
- Trong tháp chưng cất xảy ra quá trình chuyển khối. Với một số đĩa nhất định cuối
cùng trên đỉnh tháp, ta thu được cấu tử dễ bay hơi ở dạng nguyên chất. Hơi này đi
ra khỏi tháp vào thiết bị ngưng tụ 7 được hóa lỏng nhờ nước làm lạnh chảy ngoài
ống từng dưới lên. Lỏng này ra khỏi thiết bị ngưng tụ một phần đực hồi lưu về
tháp, một phần được lấy ra làm sản phẩm
- Để giảm tổn thất cho sản phẩm, người ta cho sản phẩm chảy tiếp qua thiết bị làm
lạnh 8 để giảm nhiệt độ xuống trước lúc cho vào thùng 9
- Trong hệ thống cịn có thùng 11 để chứa sản phẩm (các cấu tử khó bay hơi). Nếu
sản phẩm đáy khơng có giá trị thì có thể xả ra ngồi.
- Để hệ thống làm việc liên tục thì phải cho nguyên liệu vào liên tục và sản phẩm
được lấy ra liên tục. Nồng độ sản phẩm cao hay thấp được điều chỉnh bởi lượng
hồi lưu về tháp ít hay nhiều
1. Nguyên tắc chuyển khối xảy ra
trong tháp chưng luyện liên tục
Sơ đồ tháp chưng cất dạng đĩa
-

-

-

Tháp gồm nhiều đĩa, một đĩa
của tháp ứng với một thiết bị
chưng cất đơn giản. Ở đáy tháp
có bộ phận cấp nhiệt đun sơi
dịch
Hơi đi từ dưới lên qua các lỗ của
đĩa, chất lỏng chảy từ trên
xuống theo các ống chảy truyền.
Nồng độ cấu tử thay đổi theo
chiều cao của tháp, nhiệt độ sôi
cũng thay đổi tương ứng với sự
thay đổi nồng độ
Trên đĩa 1 của tháp chứa cấu tử
dễ bay hơi nồng độ x1, hơi bốc
lên từ đĩa có nồng độ cân bằng
5


Phạm Nguyễn Khánh Linh – 20174834

-

-

với x1 là y1 trong đó y1>x1, hơi đó đi qua các lỗ đi lên đĩa 2 tiếp xúc với chất lỏng ở
đó. Nhiệt độ của đĩa 2 thấp hơn đĩa 1 nên một phần hơi nước được ngưng lại, do
đó nồng độ x2>x1

Hơi bốc lên từ đĩa 2 có nồng độ tương ứng cân bằng với y2, trong đó y2>x2. Hơi từ
đĩa 2 đi lên đĩa 3 và nhiệt độ ở đĩa 3 thấp hơn, hơi ngưng tụ một phần, do đó, chất
lỏng trên đĩa 3 có nồng độ x3>x2
Trên mỗi đĩa xảy ra quá trình chuyển khối giữa pha lỏng và pha hơi. Một phần cấu
tử dễ bốc hơi chuyển từ pha lỏng vào pha hơi và một phần ít hơn chuyển từ pha
hơi vào pha lỏng, lặp lại nhiều lần bốc hơi và ngưng tụ như thế, hay nói cách khác
với mỗi số đĩa tương ứng, cuối cùng ở đỉnh tháp ra thu được cấu tử dễ bay hơi ở
dạng gần nguyên chất và ở đáy tháp ta thu được cấu tử khó bay hơi ở dạng gần
nguyên chất

3.4 Các thiết bị chưng luyện:
- Trong sản xuất thường dùng nhiều thiết bị khác nhau để tiến hành chưng cất. Tuy
nhiên yêu cầu chung của các thiết bị vẫn giống nhau là bề mặt tiếp xúc pha phải
lớn. Điều này phụ thuộc vào mức độ phân tán của pha này vào pha kia. Ta khảo
sát hai loại tháp thường dùng là tháp mâm và tháp đệm
 Tháp mâm: thân hình trụ, thẳng đứng, phía trong có gắn các mâm có cấu
tạo khác nhau, trên đó pha lỏng và pha hơi tiếp xúc với nhau. Tùy theo cấu
tạo của mâm, ta có tháp mâm chóp hay tháp mâm xuyên lỗ
 Tháp đệm: tháp trụ gồm nhiều bậc nối với nhau bằng bích hay hàn. Vật
chêm được cho vào tháp bằng hai phương pháp xếp ngẫu nhiên hoặc theo
thứ tự

-

Tháp đệm
Tháp đĩa chóp
Tháp đĩa xuyên lỗ
Ưu điểm
Cấu tạo đơn gian Khá ổn định
Trở lực tương đối

Trở lực thấp
Hiệu suất cao
thấp
Làm việc được
Hiệu suất cao
với chất lỏng bẩn
Nhược điểm
Do có hiệu ứng
Trở lực lớn
Khơng làm việc
thành nên hiệu
Kết cấu phức tạp được với chất
suất truyền khối
lỏng bẩn
thấp
Độ ổn định khơng
cao, khó vận hành
Ở đây, để chưng cất cồn, ta chọn tháp chưng cất loại đĩa chóp vì tháp hoạt động
khá ổn định và hiệu suất cao

6


Phạm Nguyễn Khánh Linh – 20174834

4 Thiết bị chưng cất tháp đĩa chóp (mâm chóp):
4.1 Cấu tạo chung:
- Trên đĩa có gắn chóp và ống chảy truyền. Ống chảy truyền có tiết diện khác nhau:
trịn, viên phân, một ống hay nhiều ống tùy lượng pha lỏng
- Chóp có thể hình trịn hoặc một dạng khác. Ở chóp có rãnh xung quanh để pha khí

đi qua
- Rãnh chóp có thể là hình chữ nhật hay hình tam giác, trịn và rãnh khơng ảnh
hưởng nhiều đến q trình chuyển khối. Nếu đĩa chóp được thiết kế tốt, pha khí sẽ
thổi qua tồn bộ chóp, khi đó chóp mở tồn bộ. Nếu pha khí có lưu lượng lớn thì
nó sẽ thổi qua dưới mép chóp. Nếu q nhỏ thì hiệu quả sử dụng lỗ chóp khơng
cao
- Chóp được lắp vào đĩa bằng nhiều cách khác nhau.
- Chất lỏng chảy từ trên xuống, từ đĩa trên xuống đĩa dưới nhờ ống chảy truyền. Khí
đi từ dưới lên qua ống khí rồi xuyên qua các rãnh chóp để sục vào lớp chất lỏng
trên đĩa.
- Hiệu quả của q trình sục khí vào lỏng phụ thuộc rất nhiều vào vận tốc khí và
chiều cao lớp chất lỏng trên đĩa: Nếu vận tốc khí q nhỏ thì phạm vi sục khí nhỏ
hoặc khơng sục vào lỏng được nhưng nếu vận tốc khí q lớn thì q trình sục khí
cũng khơng tốt vì lúc đó có thể xảy ra hiện tượng hoặc là chất lỏng bị lôi cuốn
theo dịng khí hoặc là chất lỏng bị dạt ra một vùng
4.2 Cấu tạo chi tiết các bộ phận chính:
4.2.1

-

-

Nồi đun cho tháp chưng cất:

Nồi đun cho tháp chưng cất là thiết bị trao đổi nhiệt được đặt ở đáy thùng để cấp
nhiệt cho dung dịch trong tháp khi tháp thực hiện q trình chưng cất. Nồi đun có
nhiều loại, tuy nhiên với chưng cất cồn thì có hai loại chủ yếu:
 Nồi hai vỏ: Năng lượng được sử dụng ở đây là hơi nước đi vào vỏ ngồi
đun nóng dung dịch trong nồi. Thường nồi có cấu tạo hình trụ đáy cầu hoặc
elip

 Nồi đun dung dịch bằng ống xoắn ruột gà đi phía trong nồi: Hơi nước bão
hịa hoặc dầu có nhiệt độ cao đi trong ống để cấp nhiệt đun sôi dung dịch
Cả hai loại nồi đun đều được trang bị đầy đủ các thiết bị để đo nhiệt độ, áp suất,
van xả nước ngưng, ống đo mức dịch, cửa và đèn quan sát cũng như bảo ôn, chân
đỡ cho toàn bộ tháp

7


Phạm Nguyễn Khánh Linh – 20174834
4.2.2

-

-

4.2.3

-

4.2.4

-

-

Thân tháp:

Thân tháp là bộ phận chính trên đó có gá lắp hầu hết các bộ phận còn lại của tháp.
Tiết diện ngang của tháp có thể là hình trịn, hình vng hoặc hình chữ nhật

Thân tháp gồm ba phần chính là đáy, phần giữa và đỉnh
Phần đáy phải có dung tích phù hợp với quá trình chuyển khối là gián đoạn hay
liên tục: Ở phần này phải có các cửa để đưa nguyên liệu vào, lấy sản phẩm đáy
tháp ra, đưa hơi nước nóng (hơi đốt) vào, lấy nước ngưng ra, cửa lắp áp kế, nhiệt
kế, lấy mẫu nếu cần. Phần đáy còn phải đủ bền để chịu tải toàn bộ trọng lượng của
tháp và ngoại lực nếu có
Phần thân tiếp theo được chế tạo bằng phương pháp phân đọa, các đoạn gắn với
nhau nhờ bích và bu lơng
Phần đỉnh tháp có lắp các cửa để hơi đi thiết bị hồi lưu và cửa nhận chất hồi lưu
trở về, cửa lắp áp kế, nhiệt kế, kính quan sát
Các kiểu chóp:

Trong sản xuất cồn thường dùng nhất là đĩa chóp, với tháp khơ có năng suất vừa
và nhỏ, người ta dùng đĩa kiểu chóp. Với năng suất lớn, tháp thô hay dùng đĩa lỗ,
đĩa lưới
Ống chảy truyền:

Ống chảy truyền có nhiệm vụ hướng chất lỏng chảy từ đĩa chóp nọ xuống đĩa chóp
kia, đồng thời khống chế cho mức chất lỏng dàn đều trên mỗi đĩa.
Trường hợp chất lỏng giãn khơng đều do bố trí ống chảy truyền không phù hợp
hoặc do chất lỏng chảy qua các ống hơi, sẽ dẫn tới hiện tượng pha hơi dồn lại và đi
qua các chóp ở vùng có mức chất lỏng mỏng, làm giảm hiệu suất chuyển khối của
tháp đĩa chóp
Các yếu tố gây nên sự chênh lệch chiều cao của chất lỏng trên đĩa chóp là số ống
chảy truyền và chiều chảy của chất lỏng trên đĩa
Để thực hiện chảy truyền từ đĩa nọ sang đĩa kia, ta có thể dùng ống hoặc tấm chảy
truyền. Ống chảy truyền của đĩa cuối cùng phải có khóa thủy lực để hơi khơng đi
qua nó lên trên

8

Phạm Nguyễn Khánh Linh – 20174834

Phần 2 : Tính tốn thiết bị
*). Bảng các ký hiệu
Ký 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 đỉnh 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

xF

Nồng độ phần mol nhập liệu trong pha lỏng

% mol

xF

Nồng độ phần khối lượng nhập liệu trong pha lỏng

% khối lượng

xD

Nồng độ phần mol sản phẩm đỉnh trong pha lỏng

% mol

xD

Nồng độ phần khối lượng sản phẩm đỉnh trong pha lỏng

% khối lượng

xW

Nồng độ phần mol dòng sản phẩm đáy trong pha lỏng

% mol

xW

Nồng độ phần khối lượng sản phẩm đáy trong pha lỏng

% khối lượng

yF

Nồng độ phần mol nhập liệu trong pha hơi

% mol

yF

Nồng độ phần khối lượng dòng nhập liệu trong pha hơi

% khối lượng

yD

Nồng độ phần mol sản phẩm đỉnh trong pha hơi

% mol

yD

Nồng độ phần khối lượng sản phẩm đỉnh trong pha hơi

% khối lượng

yW

Nồng độ phần mol sản phẩm đáy trong pha hơi

% mol

yW

Nồng độ phần khối lượng sản phẩm đáy trong pha hơi

% khối lượng

x

Nồng độ phần mol trong pha lỏng

% mol

x

Nồng độ phần khối lượng trong pha lỏng

% khối lượng
9


Phạm Nguyễn Khánh Linh – 20174834

y*

Nồng độ phần mol trong pha hơi cân bằng với pha lỏng

% mol

y*

Nồng độ phần khối lượng trong pha hơi cân bằng với
pha lỏng

% khối lượng

Khối lượng mol phân tử nước

kg/kmol

Ma

Khối lượng mol phân tử cồn

kg/kmol

M tb

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

MF

Khối lượng mol phân tử trung bình nhập liệu

kg/kmol

MD

Khối lượng mol phân tử trung bình sản phẩm đỉnh

kg/kmol

MW

Khối lượng mol phân tử trung bình sản phẩm đáy

kg/kmol

tS

Nhiệt độ sôi của dung dịch

o

tFS

Nhiệt độ sôi của nhập liệu

o

tDS

Nhiệt độ sôi của sản phẩm đỉnh

o

tWS

Nhiệt độ sôi của sản phẩm đáy

o

tFv

Nhiệt độ nhập liệu vào

o

tDr

Nhiệt độ sản phẩm đỉnh ra

o

tWr

Nhiệt độ sản phẩm đáy ra

o

t Nr

Nhiệt độ nước ra

o

t Nv

Nhiệt độ nước vào

o

Mn

C
C
C
C
C
C
C
C
C

Tính số đĩa thực
Rmin

Chỉ số hồn lưu tối thiểu

Rth

Chỉ số hồn lưu thích hợp

f

Chỉ số nhập liệu
10


Phạm Nguyễn Khánh Linh – 20174834



Độ bay hơi tương đối



Độ nhớt

cP

hh

Độ nhớt của hỗn hợp

cP

a

Độ nhớt của cồn

cP

n

Độ nhớt của nước

cP



Hiệu suất đĩa

D

Hiệu suất đĩa ở đỉnh

W

Hiệu suất đĩa ở đáy

F

Hiệu suất đĩa ở vị trí nhập liệu

tb

Hiệu suất đĩa trung bình

Ntt

Số đĩa thực tế

Đĩa

NttC

Số đĩa thực tế đoạn chưng

Đĩa

NttL

Số đĩa thực tế đoạn luyện

Đĩa

NttT

Số đĩa thực tế cả tháp

Đĩa

Nlt

Số đĩa lí thuyết

Đĩa

1. Các thơng số ban đầu:
-

Năng suất nhập liệu: F = 1,5 (m3/h)

-

Khối lượng phân tử nước và ancol etylic: MN = 18, MA = 46

-

Trạng thái nhập liệu: Lỏng

2. Xác định suất lượng của sản phẩm đỉnh – sản phẩm đáy:
-

Suất lượng dòng lưu chất theo khối lượng:
G = G . M tb (kg/h)
11


Phạm Nguyễn Khánh Linh – 20174834

-

Suất lượng dòng lưu chất theo mol:
G
G = M tb (kmol/h)

-

Chuyển từ phần khối lượng sang phần mol:
0 . 08

46
0 . 08 (1−0 .08 )
+
46
18
= 0.033 (phần mol)

xF =

¿D ¿ ¿
x ¿ =

xW
-

0.8
46
0 . 8 (1−0 .8 )
+
46 18
= 0.6102 (phần mol)

0 . 001
46
0 . 001 (1−0. 001 )
+
18
= 46
= 0.0004 (phần mol)

Tính Mtb:
 Mtb

F

= xF . Ma + (1- xF ) .Mb
= 0.033x46+(1-0.033)x60
= 18.924 (kg/kmol)

 Mtb

D

= xD . Ma + (1- xD ) . Mb
= 0.6102x46 + (1 – 0.6102)x18
= 35.0856 (kg/kmol)

 Mtb

W

= xW .Ma + (1- xW ).Mb
= 0.0004x46 + (1 – 0.0004 )x18
= 18.0112 (kg/kmol)
12


Phạm Nguyễn Khánh Linh – 20174834

-

Khối lượng riêng của hỗn hợp nhập liệu:

ρb=958.2231(kg/m3 )
ρa=789 .000(kg/m3 )
ρ hh=944 .685 (kg/m3 )
-

Lượng nhập liệu tính theo kg/h là:
 GF = N. ρ = 1.5×944.685 = 1417.0275kg/h
Lượng nhập liệu tính theo kmol/h là:
G

1417.0275

 F = M = 18.924 = 74.88 kmol/h
-

Phương trình cân bằng vâ ̣t liê ̣u của toàn tháp: F = P+W
Phương tình cân bằng vâ ̣t liê ̣u cho cấu tử dễ bay hơi
F.xF =P.xP + W.xW

(1)

GF.aF=GP.aP+Gw.aw
-

Thay W=F-P vào phương trình (1) ta có
F ( x F −xW )
74.88(0.033−0.0004)

x
−x
P
W
 P=
= 0.6102−0.0004 = 4 (Kmol/h).
a F- aW

 GP = G F
-

0.08−0.001
aP −aW = 1417.0275 x 0.8−0.001 = 140.107 (Kg/h )

Lượng sản phẩm đáy xả ra:
W = F – P = 74.88 – 4= 70.88 (Kmol/h )
GW = GF - GP = 1417.0275 –140.107 = 1276.9205 (Kg/h)

Hỗn
hợp

Nồng độ khối lượng Nồng độ phần Lưu
lượng Lưu lượng khối lượng
( phần khối lượng)
mol
mol
(kg/h)
( phần mol)
( kmol/h)
Nhập

aF = 0.08
xF= 0.033
F =74.88
GF= 1417.0275
liệu
Sản
aP= 0.8
xP= 0.6102
P =4
GP = 140.107
phẩ
m
đỉnh
Sản
aW=0.001
xW = 0.0004
W=70.88
GW= 1276.9205
phẩ
m
đáy
13


Phạm Nguyễn Khánh Linh – 20174834

3. Chỉ số hồi lưu thích hợp:
Từ bảng số liệu IX.2a(Sổ tay QT&TBCNHC-trang 148) có thành phần cân bẳng lỏnghơi của rượu etylic-nước được cho như bảng sau :
X
(%

phần
mol)
Y
(%
phần
mol)

0

0

5

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

33.2 44.2 53.1 57.6 61.4 65.4 69.9 75.3 81.8 89.8 100

3.1. Chỉ số hồi lưu tối thiểu:
- Tỷ số hồi lưu tối thiểu là chế độ làm việc mà tại đó ứng với số mâm lí thuyết là vô
cực.

-

Rmin =

x D− y ¿F
y ¿F −x F

0. 6102−0. . 2577
=
= 0 . 2577−0. 033
1.569

Vậy: Tỷ số hồi lưu tối thiểu là: Rmin = 1.569

3.2. Chỉ số hồi lưu thích hợp:
- Trong kĩ thuật, chỉ số hồi lưu không thể q bé vì tháp khơng thể q cao cũng
như khơng thể quá lớn. Tháp có thể thấp đi nhưng đường kính to ra và sản phẩm
đỉnh thu được khơng được bao nhiêu. Muốn thuận lợi về mặt kinh tế và mặt năng
suất, cần phải chọn Rx thích hợp với Rx=bRxmin
-

Cách tính chỉ số hồi lưu thích hợp
 Rx=b.Rmin xác định qua hệ số điều chỉnh b. Theo thực nghiệm b ∈ (1.2-2.5)
 Với mỗi giá trị b ta sẽ xác định được R x . Có mỗi quan hệ giữa RX và số đĩa
lý thuyết Rx ~ (Rx+1).N. Với (Rx+1).N nhỏ nhất thì Rx là thích hợp
 Cách xác định số đĩa

14


Phạm Nguyễn Khánh Linh – 20174834
+ Vẽ đường làm việc đoạn luyện: đi qua (x p,yp) và cắt trục tung tại điểm có

tung độ B=

xP
R x +1

+ Vẽ đường làm việc đoạn chưng: đi qua ( x w, yw) và giao điểm của dường làm
việc đoạn luyện với đường thẳng x=xF
Vẽ các đường song song với trục x và y đếm số tam giác và suy ra được số đĩa lý
thuyết
b
Rx
B
N
N(Rx+1)
b
Rx
B
N

N(Rx+1)
-

1.2
1.88
0.2116
12
34.56
1.9
2.981
0.153
8
31.848

1.3
2.04
0.200
11
33.44
2.0
3.138
0.147
8
33.104

1.4
2.197
0.191
11
35.167

2.1
3.295
0.142
8
34.36

1.5
2.353
0.182
12
40.236
2.2
3.452
0.137
8
35.616

1.6
2.510
0.174
10
35.1
2.3
3.609
0.132
9
41.481

1.7
2.667

0.166
10
36.67
2.4
3.767
0.128
7
33.369

1.8
2.824
0.160
10
38.24
2.5
3.923
0.124
7
34.496

Vậy N(Rx+1)min = 31.848 với Rx=2.981 và b=1.9
Kết luận, chỉ số hồi lưu thích hợp Rx=2.981

4. Phương trình đường nồng độ làm việc:
-

Để đơn giản cho việc thiết lập đường làm việc của tháp chưng luyện, cần chấp
nhận những giả thiết sau:
Dịng 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 là

phải thỏa mãn các điều kiện
r

-

 Nhiệt hóa hơi mol của các cấu tử bằng nhau: T ≃ 88 = const
 Khơng có nhiệt hịa tan
 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 thiết bị ngưng tụ có thành phần bằng thành phần hơi đi ra ở
đỉnh tháp
15


Phạm Nguyễn Khánh Linh – 20174834

-

Hơi bốc lên từ đáy tháp có nồng độ bằng nồng độ sản phẩm đáy
Đun sơi đáy tháp bằng hơi đốt gián tiếp

4.1. Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện:
- Cân bằng vật liệu: Do = Lo +P và
Do.y = Lo.x + P.xP
- Từ đó rút ra phương trình:
Lo

P

 y= P+ Lo .x + P+ Lo .xp
-


-

Lo
là chỉ số hồi lưu, ta có phương trình làm việc của đoạn luyện:
P
R
1
y= R +1 .x + R +1 .xp

Gọi R=

Phương trình làm việc của đoạn luyện có dạng đường thẳng và góc nghiêng α1 với
Tan α1 =

-

R
Lo
=
R +1 Do

Vậy, phương trình đoạn luyện có dạng:
Rx

XP

2.981

0.6102

 Y= R +1 x + R +1 = 1+ 2.981 × x + 1+2.981 = 0.749x +0.153
x
x
4.2. Phương trình làm việc của đoạn chưng:
- Xuất phát từ phương trình cân bằng vật liệu của đoạn chưng: Du= Lu – W
- Mặt khác Lu= Lo +F, W=F-P
16


Phạm Nguyễn Khánh Linh – 20174834

-

Thay f=

F
, sau khi biến đổi, ta có phương trình làm việc của đoạn chưng:
P

Y=

Rx + L
L−1
x−
x
R x +1

R x +1 w

-

Vậy, phương trình làm việc của đoạn chưng:
Rx +L

L−1

 Y= R x +1 x− R x +1 x w
 Y=

2.981+ 18.72
18.72−1
x−
× 4 ×10−4=¿ 5.451x – 0.00178
2.981+1
2.981+1

 Với
F 74.88
L= =
=18.72
P
4

-

Từ giá trị Rx, xác định được tổng số đĩa lí thuyết là 8. Trong đó, số đĩa lí thuyết
đoạn luyện là 3 , số đĩa lí thuyết đoạn chưng là 5

5 Xác định số đĩa thực tế:
Ntt 

Nlt
tb

5.1 Ta đã có số đĩa lý thuyết :
tb  : hiệu suất trung bình của đĩa, là một hàm số của độ bay hơi tương
Trong đó :
  f ,
đối và độ nhớt của hỗn hợp lỏng :
N tt  : số đĩa thực tế
N lt  : số đĩa lý thuyết
-

ηtb=(η1+η2+η3+...+ηn)/n
Trong đó: η1,η2,η3,ηn là hiệu suất tại các vị trí (thường lấy giá trị ở đỉnh, đáy và ở vị
trí tiếp liệu) và
n là số vị trí xét.

5.2 Xác định hiệu suất trung bình của tháp:
-

Độ bay hơi tương đối của cấu tử dễ bay hơi:



y * 1 x
1 y * x

Trong đó : x là phần mol của rượu trong pha lỏng
y* là phần mol của rượu trong pha hơi cân bằng với pha lỏng

-

Độ nhớt hỗn hợp lỏng: Lg µhh= x.lg µe+ (1-x)lg µn

Trong đó: x là nồng độ mol C2H5OH trong hỗn hợp
17


Phạm Nguyễn Khánh Linh – 20174834
độ nhớt động lực của C2H5OH và nước

µe; µn
5.2.1

-

Tại vị trí nhập liệu:
Có:

xF = 0.033,

yF = 0.2577,

aF = 8%

Suy ra từ bảng I.102-sổ tay 1- trang 95 và hình XI.11 sổ tay 2- trang 171

αF= 10.173

tF = 93.73C

àF= 0.3058

FìF=3.11

àn=0.3036,àe=0.3796
F =0.38

5.2.1.1 Ti v trớ mõm ỏy:

xW =0.0004,

y* = 0.005144,

-

Có:

-

Suy ra từ bảng I.102- sổ tay 1- trang 95 và hình XI.11 sổ tay 2 – trang 171
W = 12.921
àw= 0.284

aW = 0.01%

tw= 99.924C

àn= 0.284; àe= 0.352

WìW = 3.670

ηW = 0.335

5.2.1.2 Tại vị trí mâm đỉnh:

-

Có: xP = 0.6102,
y* =0.7031,
aP = 80%
Suy ra từ bảng I.102- sổ tay – trang 95 và hình XI.11 sổ tay 2 trang 171
P= 1.5128

tP= 79.3592

àP= 0.4796

P ì P = 0.725

àn= 0.359; µe= 0.577
ηp=0.32

5.2.1.3 Tính tốn:

- Hiệu suất trung bình của đoạn luyện là:
ηP +η F

2
 ηtbl =
= 0.35
 Vậy: Nttl = 3/0.35 = 9 đĩa
18


Phạm Nguyễn Khánh Linh – 20174834

- Hiệu suất trung bình của đoạn chưng là:
ηW +η F

-

2
 ηtbc =
= 0.33
 Vậy: Nttc = 5/0.33= 16 đĩa
Vậy tổng số đĩa thực tế của tháp là 25 đĩa, trong đó:
 Đoạn luyện: 9 đĩa
 Đoạn chưng : 16 đĩa

6 Xác định đường kính tháp:
-

Đường kính tháp được xác định theo cơng thức:

√

g tb

( ρ y ×ω y )tb

D = 0.018
(m)
 Trong đó :
 ωytb: tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (m/s)
 gtb : lượng hơi trung bình đi trong tháp (Kg /h)
 (ρωy)tb là tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (kg/m2.s)
 Vì lượng hơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao tháp nên ta phải tính
lượng hơi trung bình riêng cho từng đoạn.
6.1 Tính lượng hơi trung bình đi trong tháp:
6.1.1

-

Đoạn luyện:

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện có thể tính gần đúng bằng trung bình
cộng của lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp và lượng hơi đi vào đĩa dưới
cùng của đoạn luyện:
gtbL =

g đ + g1
2

 Trong đó:



gtbL : lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện (kg/h hay kmol/h)

gđ : lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (kg/h hay kmol/h)

g1 : lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện (kg/h hay kmol/h)

- Lượng hơi đi ra khỏi tháp:
 gđ = GR + GP = GP(Rx+1) = 140.107(2.981+1) = 557.766 (kg/h)
- Lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện :
 Hệ phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng cho đoạn luyện:
19


Phạm Nguyễn Khánh Linh – 20174834

g1=G1 +G P
g1 . y1 =G1 . x1 +GP .a P
g1 . r 1=g d .r d
(*)
 Trong đó:
 G1: lượng lỏng đi vào đoạn luyện (kg/h)
 GP: lượng sản phẩm đỉnh (kg/h)
 y1: nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi của đoạn luyện (phần khối
lượng)
 x1: nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng của đoạn luyện (phần khối
lượng)

 Coi x1=aF=0.08, có:
 r1 :ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn luyện
(kcal/mol)
 r1=re.y1 + (1-y1).rn
 rđ  :ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi tháp (kcal/mol)

 rđ=re.yd + (1-yd).rn
 yd= yP= aP= 0.8
 Từ bảng số liệu IX.2a (Sổ tay QT&TBCNHC-2trang 148):
X

0

5

Y

0

33.2

10

20

30

40

50

60

70

80

90

44.2 53.1 57.6 61.4 65.4 69.9 75.3 81.8 89.8

100
100

T 100 90.85 86.5 83.2 81.7 80.8 80.0 79.4 79.0 78.6 78.4 78.4

 Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu tF =93.73 C
 Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đỉnh tp =79.3592 C
 Nhiệt độ sôi của sản phẩm đáy tW =99.924 C
 Xác định ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi đỉnh tháp:
 Áp dụng phương pháp nội suy theo bảng I.212 (Sổ tay 1-trang 255) với
tp=79.3592 C vậy re=202.256 kcal/kg và rn=559.6408 kcal/kg
 rđ=re.yd + (1-yd).rn=202.256×0.8+(1-0.8)×559.6408=273.733 kcal/kg
20


Phạm Nguyễn Khánh Linh – 20174834

 Xác đinh ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất đoạn luyện:
 Áp dụng phương pháp nội suy theo bảng I.212 (Sổ tay 1-trang 255) với
tF =93.73 C
vậy re=196.508 kcal/kg và rn=545.27 kcal/kg
 r1=re.y1 + (1-y1).rn=196.508×y1+(1-y1)×545.27=545.27- 348.762×y1

 Thay tồn bộ các đại lượng trên vào hệ phương trình (*):
g1=G1 +140.107

g1 . y 1=G1 ×0.08+140.107 × 0.6102
g 1 ( 545.27−348.762× y 1 ) =557.766× 273.733

{

 Giải hệ phương trình ta được :
G1=205.075
y 1=0.295 → r1= 442.314 (kcal/mol)
g 1=345.182

{

 Vậy lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện :
 gtbL=

gđ + g1 557.766+ 345.182
=
=451.474 (kg/h)
2
2

 GR=Gp×Rx=140.107 ×2.981 = 417.659 (kg/h)
 Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện:

 GtbL=

6.1.2

-

G R + G 1 417.659+205.075
=
=311.370(kg/h)
2
2

Đoạn chưng:

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng có thể tính gần đúng bằng trung bình
cộng của lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng và lượng hơi đi vào đoạn chưng:

gtbc=
-

Vì lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện g 'n  g1 nên
ta có:

gtbc=
-

g ’ n+ g 1'
2

g 1+ g ' 1
2

Hệ phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng cho đoạn chưng:
G ' 1=g ' 1+Gw
G' 1 × x ' 1=g ' 1 × y 1' + Gw × xw
g ' 1 ×r ' 1=g 1× r 1

{

(**)

 Trong đó :
21


Phạm Nguyễn Khánh Linh – 20174834

 G’1: lượng lỏng đi vào đoạn chưng (kg/h)
 g’1: lượng hơi đi vào đoạn chưng (kg/h)
 g1: lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng (kg/h)
 x’1: nồng độ phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng G’1
 y’1: nồng độ phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi g’1
 r’1:ẩn nhiệt hóa hơi của lượng hơi vào đoạn chưng
 r1:ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp ra khỏi đoạn chưng
 Coi nồng độ đĩa cuối cùng của đoạn chưng bằng nồng độ sản phẩm đáy: Ứng với
xW = 0.0004 (phần mol) thì yW = 0.005144 (phần mol)
 Đổi y*w từ phần mol sang phần khối lượng:

y' 1 =

0.0004×46
=0.00102
0.0004×46+(1−0.0004)×18
(phầnkhối lượng)

- Xác định ẩn nhiệt hóa hơi của lượng hơi vào đoạn chưng:

 Áp dụng nội suy theo bảng I.212 (Sổ tay 1-trang 255) với tw =99.97 C
 re=194.030 kcal/kg;
rn=539.076 kcal/kg
 r’1=re.y’1+(1-y’1).rn=194.030×0.00102+(1-0.00102)×539.076 =538.724 kcal/kg
- Xác định ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp ra khỏi đoạn chưng:
 Thay tồn bộ các đại lượng trên vào hệ phương trình (**):
G' 1=g ' 1 +1276.9205
G' 1=1445.294
G' 1 × x ' 1=g ' 1 × 0.00102+1276.9205 × 0.0004  x ' 1=0.000236
g ' 1 × 538.724=205.073× 442.314
g' 1=168.373

{
-

Vậy lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng :

 g'tbC =
-

{

g 1+ g '1 345.182+168.373
kg
=
=256.778( )
2
2
h

Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn chưng :

 GtbC =

GF + G '1 1417.0275+1445.293
kg
=
=1431.160( )
2
2
h

6.2 Tính khối lượng riêng trung bình:
6.2.1

Khối lượng riêng trung bình đối với pha hơi:

[ y tb ×M 1+(1− y tb )×M 2 ]×273
22. 4×( ttb +273 )
ρtb =
(kg/m3)
 Trong đó :
 ttb nhiệt độ làm việc trung bình của tháp (  K )
22


Phạm Nguyễn Khánh Linh – 20174834

 M1, M2: Khối lượng phân tử rượu etylic và nước
 ytb:nồng độ mol của cấu tử etylic lấy theo giá trị trung bình

-

Có : ytb =

yd+ yc
2

với yđ, yc: nồng độ tại hai đầu luyện và chưng

6.2.1.1 Đoạn luyện:

-

-

y tbL=

y 1+ x p
2

Đổi y1 sang nồng độ phần mol :
0.295
46
y 1=
=0.141( phầnmol )
0.295 1−0.295
+
46
18
y đ + x p 0.08+0.6102

Vậy y tb L =
=
=0.3451( phầnmol )
2
2
Nội suy từ bảng IX.2a(Sổ tay 2-trang 148) với y tb L =0.3451có t tb =90.024 C

Khối lượng riêng trung bình của pha hơi đối với đoạn luyện :
ρ ytbL =

[ y tb L. M 1 + ( 1− y tb L ) . M 2 ] .273 = [ 0.3451× 46+ ( 1−0.3451 ) ×18 ] × 273 =0.927( kg )
22.4 . T

m3

22.4 .(90.024 +273)

6.2.1.2 Đoạn chưng :

y 1+ yW 0.295+ 0.005144
=
=0.15( phầnmol )
2
2

-

y tb C =

-

Nội suy từ bảng IX.2a(Sổ tay 2-trang 148) với y tb C =0.15cót tb =95.708 C
Khối lượng riêng trung bình của pha hơi đối với đoạn chưng :
ρ ytbC =

6.2.2

[ y tb C . M 1+ ( 1− y tb C ) . M 2 ] .273 = [ 0.15 × 46+ ( 1−0.15 ) .18 ] .273 =0.7338( kg )
22.4 .T

22.4 .(95.708+273)

m3

Khối lượng riêng trung bình đối với pha lỏng

1 a 1−a
= +
ρtb ρ1 ρ2
 Trong đó:
ρ1 , ρ2 : khối lượng riêng trung bình của etylic, nước trong hỗn hợp theo

3
nhiệt độ trung bình (kg / m )
23


Phạm Nguyễn Khánh Linh – 20174834



a: nồng độ phần khối lượng của cấu tử etylictrong pha lỏng

6.2.2.1 Đoạn luyện :

-

a F + a p 0.08+0.8
=
=¿ 0.44 (phần khối lượng)
2
2
x F + x p 0.033+ 0.6102
x tb=
=
= 0.3216 ( phần mol)
2
2

a tb =

-

Nội suy từ bảng số liệu IX.2a (Sổ tay 2-trang 148) : x tb=0.3216 → ttb=81.506 C

-

Nội suy từ bảng số liệu

I.2 (Sổ tay 1- trang 10)

với t tb =81.506 C →

3
3
ρ1=733.569 (kg / m )  ; ρ2=970.946 (kg / m )

-

Vậy khối lượng riêng trung bình của đoạn luyện đối với pha lỏng :
atb 1−atb
1
0.44
1−0.44
= +
=
+
ρtbL ρ1
ρ2
733.569 970.946
3
 ρtbL= 849.932 (kg / m )

6.2.2.2 Đoạn chưng :

a F + aW 0.08+0.01
=
=0.045 (phần khối lượng)
2
2

-

a ' tb =

-

Ta có : x’1=0.000236 (phần khối lượng) → x’1= 0.0000926 ( phần mol)

-

x ' tb =

-

Nội suy từ bảng số liệu IX.2a (Sổ tay 2-trang 148): x ' tb=0.0165→ ttb=96.865 C

-

Nội suy từ bảng số liệu I.2 (Sổ tay 1-trang 10) với ttb=96.865 C

x F + x ' 1 0.033+ 0.0000926
=
=0.0165( phần mol)
2
2

ρ1=718.978

-

kg
kg
; ρ 2=960.195 3
3
m
m

( )

( )

Vậy khối lượng riêng trung bình của đoạn chưng  đối với pha lỏng :
a ' tb 1−a ' tb
1
0.045 1−0.045
=
+
=
+
ρtbC ρ1
ρ2
718.978 960.195
3
 ρtbC = 945.914 (kg / m )

6.3 Tốc độ hơi đi trong tháp :
- Tốc độ hơi đi trong tháp đĩa chóp được xác định theo cơng thức :
(


 y y )tb

2

= 0,065.ϕ [ σ ] . √h. ρ xtb .ρ ytb (kg/m . s)

Trong đó :
24


Phạm Nguyễn Khánh Linh – 20174834

ρ xatb , ρ ytb  : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi tính theo



nhiệt độ trung bình
 h:khoảng các giữa các đĩa chọn h=0.25m
  

 : hệ số tính đến sức căng bề mặt
 
 
   20 dym/cm thì   =0.8 hoặc   20 dym/cm thì   =1
6.3.1

Đoạn luyện:

( mkg ) v à ρ

( mkg )

-

Có: ρ xtbL=849.932

-

Nội suy từ bảng I.242 – trang 301 – Tập 1 với t xtbL =81.506 ° C ta có:
σ e =17.164

-

3

v àσ
( dym
cm )

nước

ytbL

=0.927

=62.321

3

( dym
cm )

Sức căng bề mặt trung bình:
a
1−atb
1
0.44 1−0.44
= tb +
=
+
σ tbL σ etylic σ nước 17.164 62.321

 σ =28.884 dym →chọn φ [ σ ]=1
tbL
cm

( )

-

Chọn h=0.25 theo sổ tay hóa cơng 1- trang 184

 Vậy:( ρ y ω y )tb =0.065 . √ 0.25× 0.927 ×849.932=0.912

6.3.2

( mkg. s )
2

Đoạn chưng:

( kgm ) v à ρ

( mkg )

-

Có: ρ xtbC =945.914

-

Nội suy từ bảng I.242 – trang 301 – Tập 1 với t xtbC =89.108 ° C ta có:
σ e =15.782

-

nước

ytbC

=0.7338

=59.48

3

( dym
cm )

Sức căng bề mặt trung bình:
1
σ tbC

=

σ tbC=52.890

-

vàσ
( dym
cm )

3

a' tb 1−a' tb 0.045 1−0.045
+
=
+
σ etylic σ nước 15.782
59.48

→ chọn φ [ σ ]=1
( dym
cm )

Vậy: ( ρ y ω y )tb =0.065 . √ 0.25× 0.7338 ×945.914=0.856

kg

m2 . s

( )
25