BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT HĨA HỌC
-----------------

ĐỒ ÁN
THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT DẠNG MÂM CHÓP
CHO HỆ ACETONE – CLOBENZENE

GVHD: TS. TRẦN THỊ NHUNG
SVTH:
1. Thái Duy Khang
2. Nguyễn Hồng Yến Linh

MSSV
18128028
18128036

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2021
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT HĨA HỌC


---oOo---

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY VÀ THIẾT BỊ

Họ và tên: THÁI DUY KHANG
NGUYỄN HỒNG YẾN LINH

18128028
18128036

Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật hóa học
1. Tên đồ án: Thiết kế tháp chưng cất dạng chóp đĩa (mâm chóp) cho hệ acetone –
clobenzene.
2. Nhiệm vụ của đồ án: Tính tốn cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng, tính tốn
thiết kế hệ thống, thiết bị chính và phụ.
3. Các dự liệu ban đầu:
Năng suất chưng cất của tháp đạt: 4000 kg/h
Nồng độ đầu nhập liệu (theo tỉ lệ acetone): 20% mol/mol
Tỉ lệ thu hồi (theo tỉ lệ acetone): 98%
4. Nội dung về phần thuyết minh và tính tốn
Giới thiệu về chưng cất, thiết bị chưng cất, các tính chất của chất trong hệ.
Thuyết trình về quy trình cơng nghệ của hệ thống chưng cất.
Tính tốn cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng của hệ chưng cất.
Tính tốn các thơng số cơng nghệ của tháp chưng cất.
Tính cơ khí của tháp chưng cất (bề dày, mặt bích, bulong….).
Tính tốn và chọn các thiết bị phụ.
Tính giá thành thiết bị.
Kết luận.
5. Yêu cầu bản vẽ
Bản vẽ số 1: Bản vẽ quy trình cơng nghệ bao gồm 01 bản in khổ A1 (gấp lại, kẹp trong
quyển thuyết minh đồ án), và 01 bản in khổ A3 đóng chung quyển thuyết minh.
Bản vẽ số 2: Bản vẽ cấu tạo thiết bị chính bao gồm 01 bản in khổ A1 (gấp lại, kẹp
trong quyển thuyết minh đồ án) và 01 bản in khổ A3 đóng chung quyển thuyết minh.
6. Yêu cầu khác: thực hiện và hoàn thành đồ án đúng tiến độ.

7. Thời gian giao nhiệm vụ đồ án: ngày 02 tháng 3 năm 2021


8. Thời gian hoàn thành đồ án: ngày 8 tháng 8 năm 2021
9. Họ và tên giáo viên hướng dẫn: TS. Trần Thị Nhung
TRƯỞNG BỘ MÔN

TP.HCM, ngày 13 tháng 08 năm 2021
Giảng viên hướng dẫn

TS. Trần Thị Nhung


TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC – THỰC PHẨM
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC
---------------------------------

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

MƠN HỌC: ĐỒ THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ 2 – NĂM HỌC 2020 – 2021
MÃ MÔN HỌC: PWPD322703

1. GVHD: TS. TRẦN THỊ NHUNG
2. Sinh viên: THÁI DUY KHANG

3. MSSV: 18128028

4. Tên đề tài: Thiết kế tháp chưng cất dạng chóp đĩa (mâm chóp) cho hệ acetone –

clobenzene.
5. Kết quả đánh giá
STT
1
2
3
4
5
6
7
8

Nội dung
Xác định được đối tượng và yêu cầu thiết kế
Lập qui trình cơng nghệ và tính tốn được các chi tiết thiết bị
Đánh giá được sự phù hợp, điểm mạnh, yếu của thiết kế
Lập được kế hoạch triển khai thực hiện thiết kế
Lập được bản vẽ với phần mềm chun dụng
Hồn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, chính xác và logic
Hồn thành trách nhiệm cá nhân trong nhóm
Thực hiện đúng kế hoạch công việc được GV giao
TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ: tám phẩy năm .)

Thang
điểm

Điểm
số

0 – 1,0

0 – 2,5
0 – 0,75
0 – 0,75
0 – 2,5
0 – 1,0
0 – 0,75
0 – 0,75
10

1,0
2,5
0,5
0,5
2,0
0,75
0,75
0,5
8,5

Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm

6. Các nhận xét khác (nếu có)
Sinh viên tiếp thu tốt, cần sắp xếp công việc khoa học hơn.............................................
.........................................................................................................................................
7. Kết luận
Được phép bảo vệ :

Không được phép bảo vệ : 
Ngày 13 tháng 8 năm 2021
Người nhận xét


(Ký & ghi rõ họ tên)

TS. Trần Thị Nhung
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC – THỰC PHẨM
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC
---------------------------------

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

MÔN HỌC: ĐỒ THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ 2 – NĂM HỌC 2020 – 2021
MÃ MÔN HỌC: PWPD322703


1. GVHD: TS. TRẦN THỊ NHUNG
2. Sinh viên: NGUYỄN HOÀNG YẾN LINH

3. MSSV: 18128036

4. Tên đề tài: Thiết kế tháp chưng cất dạng chóp đĩa (mâm chóp) cho hệ acetone –
clobenzene.
5. Kết quả đánh giá
STT
1
2
3
4
5

6
7
8

Nội dung
Xác định được đối tượng và u cầu thiết kế
Lập qui trình cơng nghệ và tính tốn được các chi tiết thiết bị
Đánh giá được sự phù hợp, điểm mạnh, yếu của thiết kế
Lập được kế hoạch triển khai thực hiện thiết kế
Lập được bản vẽ với phần mềm chuyên dụng
Hoàn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, chính xác và logic
Hồn thành trách nhiệm cá nhân trong nhóm
Thực hiện đúng kế hoạch cơng việc được GV giao
TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ: chin điểm tròn.)

Thang
điểm

Điểm
số

0 – 1,0
0 – 2,5
0 – 1,0
0 – 1,0
0 – 2,0
0 – 1,0
0 – 0,5
0 – 1,0
10


1,0
2,5
0,5
0,5
2,25
0,75
0,75
0,75
9,0

Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm

6. Các nhận xét khác (nếu có)
Sinh viên siêng năng, chịu khó hỏi bài, thái độ làm việc tốt............................................
.........................................................................................................................................
7. Kết luận
Được phép bảo vệ:

Không được phép bảo vệ : 
Ngày 13 tháng 8 năm 2021
Người nhận xét

(Ký & ghi rõ họ tên)

TS. Trần Thị Nhung
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC – THỰC PHẨM
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC
---------------------------------


PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA
GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

MÔN HỌC: ĐỒ THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ 2 – NĂM HỌC 2020 – 2021
MÃ MÔN HỌC: PWPD322703

1. GVPB: .....................................................................................................................
2. Sinh viên: THÁI DUY KHANG

3. MSSV: 18128028


4. Tên đề tài: Thiết kế tháp chưng cất dạng chóp đĩa (mâm chóp) cho hệ acetone –
clobenzene.
5. Kết quả đánh giá
STT
1
2
3
4
5

Thang
điểm

Nội dung
Lập qui trình cơng nghệ và tính tốn được các chi tiết thiết bị
Lập được bản vẽ với phần mềm chuyên dụng
Hoàn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, chính xác và logic

Trình bày được những nội dung cốt lõi của đồ án
Trả lời được các câu hỏi phản biện
TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ:……………………………………….)

Điểm
số

0 – 3,0
0 – 2,0
0 – 1,0
0 – 1,0
0 – 3,0
10

Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm

6. Các nhận xét khác (nếu có)
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
Ngày …… tháng 8 năm 2021
Người phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC – THỰC PHẨM

BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC
---------------------------------

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA
GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

MƠN HỌC: ĐỒ THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ 2 – NĂM HỌC 2020 – 2021
MÃ MÔN HỌC: PWPD322703

1. GVPB: .....................................................................................................................
2. Sinh viên: NGUYỄN HOÀNG YẾN LINH

3. MSSV: 18128036

4. Tên đề tài: Thiết kế tháp chưng cất dạng chóp đĩa (mâm chóp) cho hệ acetone –
clobenzene.
5. Kết quả đánh giá
STT

Nội dung

Thang

Điểm


điểm
1
2
3

4
5

Lập qui trình cơng nghệ và tính tốn được các chi tiết thiết bị
Lập được bản vẽ với phần mềm chun dụng
Hồn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, chính xác và logic
Trình bày được những nội dung cốt lõi của đồ án
Trả lời được các câu hỏi phản biện
TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ:……………………………………….)

số

0 – 3,0
0 – 2,0
0 – 1,0
0 – 1,0
0 – 3,0
10

Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm

6. Các nhận xét khác (nếu có)
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
Ngày …… tháng 8 năm 2021

Người phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)


LỜI CẢM ƠN
Xin cảm ơn cô Trần Thị Nhung đã hướng dẫn chúng em hoàn thành đồ án thiết kế thiết
bị máy hóa chất và chúng em xin cảm ơn các thầy cô đã giảng dạy, cung cấp kiến thức
về các quá trình truyền khối, truyền nhiệt và các kiến thức liên quan đến thiết bị.
Đồ án thiết kế thiết bị chưng cất dạng chóp đĩa cịn nhiều sai xót do nhiều nguyên nhân
chủ quan cũng như khách quan về khả năng và kinh nghiệm thực tế nên nhóm chúng
em chưa thể phân tích, tính tốn và đánh giá một cách chính xác và đúng mức các quy
định. Tuy nhiên, nhờ sự hướng dẫn đầy đủ và kịp thời từ cô mà thông qua môn học
chúng em học hỏi được nhiều kiến thức bổ ích mang lại nhiều kinh nghiệm để có thể
tính tốn và thiết kế hồn chỉnh một thiết bị công nghiệp trong tương lai.
Chúng em mong muốn giảng viên phản biện có thể góp ý để chúng em hoàn thành đồ
án một cách tốt nhất. Chúng em xin cảm ơn.


MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG


DANH MỤC HÌNH


LỜI MỞ ĐẦU
Đối với ngành cơng nghiệp hóa học nước ta nói riêng và ngành cơng nghiệp hóa học
thế giới nói chung, đặc biệt là ngành hóa chất cơ bản. Nhu cầu về độ tinh khiết của hóa
chất ngày càng cao, phải phù hợp với quy trình sản xuất hoặc nhu cầu sử dụng.

Chúng ta đang sống trong thế giới với khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển. Trong
ngành công nghệ vật liệu mới không thể không nhắc đến ngành cơng nghiệp hóa học,
bởi cơng nghệ hố thuộc lĩnh vực cơng nghệ địi hỏi kỹ thuật cao, mức độ phát triển
công nghệ này được coi như một chỉ thị về trình độ phát triển của một đất nước.
Nhận thấy rõ sự phát triển như vũ bão của ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học, với lối
tư duy nhạy bén và sáng tạo, khoa Cơng nghệ Hóa học và Thực phẩm Trường Đại học
Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã đào tạo ra những sinh viên chuyên
ngành Hóa. Điều đó khơng chỉ cung cấp cho đất nước đội ngũ những cơng nhân lành
nghề, thợ kỹ thuật có tay nghề cao mà nó cịn mở cơ hội việc làm cho giới trẻ trong
lĩnh vực khá mới mẻ này.
Là một sinh viên khoa Cơng Nghệ Hóa học và Thực phẩm, chúng em được trang bị rất
nhiều kiến thức cơ bản về các q trình thiết bị của cơng nghệ sản xuất những sản
phẩm hóa học. Nhận được bản đồ án này là một cơ hội tốt để chúng em được tìm hiểu
về các q trình cơng nghệ, được vận dụng những kiến thức đã được học và mở rộng
vốn kiến thức của mình, từ đó giúp chúng em có cái nhìn cụ thể hơn về nghành nghề
mình đã lựa chọn.
Cơng nghệ Kỹ thuật Hóa học là một ngành giữ vị trí, vai trị quan trọng trong việc sản
xuất phục vụ cho nhiều lĩnh vực, cho mọi nghành kinh tế quốc dân, tạo tiền đề cho
nhiều ngành phát triển theo. Với nhiều phương pháp sản xuất khác nhau như lắng, lọc,
đun nóng, làm nguội, chưng luyện, hấp thụ, hấp phụ, trích ly, sấy khơ, đơng lạnh…đã
tạo ra rất nhiều sản phẩm đa dạng, phong phú đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn của con
người. Đặc biệt được ứng dụng nhiều nhất là chưng luyện, nó được ứng dụng trong
nhiều ngành, lĩnh vực, đặc biệt là công nghệ lên men, công nghệ tổng hợp hữu cơ, lọc
- hóa dầu, cơng nghệ sinh học...

11


Đối với hệ Acetone – Clobenzene là 2 cấu tử tan hoàn toàn vào nhau. Tùy tỉ lệ thành
phần cấu tử có trong hỗn hợp mà có nhiệt độ sơi khác nhau nên phương pháp tối ưu để

tách hỗn hợp trên là phương pháp chưng cất.
Mà cụ thể trong đồ án này, nhóm chúng em sẽ nghiên cứu thiết kế máy thiết bị chưng
cất dạng mâm chóp.
Đồ án mơn học q trình thiết bị là một mơn học mang tính tổng hợp trong q trình
học tập của kỹ sư hóa học tương lai. Môn học giúp sinh viên giải quyết nhiệm vụ tính
tốn cụ thể về: u cầu cơng nghệ, kết cấu, giá thành của một thiết bị trong sản xuất
hóa chất – thực phẩm. Đây là bước đầu tiên để sinh viên vận dụng những kiến thức đã
học của nhiều môn học và giải quyết vấn đề kỹ thuật một cách tổng hợp.
Nhiệm vụ của đồ án môn học là thiết kế tháp chưng cất chóp đĩa cho hệ hai cấu tử
acetone – clobenzen hoạt động liên tục với năng suất: 4 tấn/h, nồng độ đầu nhập liệu
(theo cấu tử acetone) là 20% mol/mol, tỉ lệ thu hồi (theo cấu tử acetone) là 98%.

12


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Cơ sở lý thuyết của chưng cất
1.1.1. Chưng cất là gì?
Chưng cất là phương pháp tách hỗn hợp chất lỏng (cũng như các 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.
Khi chưng cất, ta thu được nhiều sản phẩm. Thông thường hỗn hợp chứa bao nhiêu
cấu tử thì có bấy nhiêu sản phẩm.
Trường hợp ta đang xét trong đồ án này là hệ 2 cấu tử - là những đối tượng của quá
trình chưng cất mà ta gặp trong thưc tế. Do đó, sản phẩm đỉnh gồm chủ yếu là cấu tử
dễ bay hơi và một phần cấu tử khó bay hơi. Tương tự, sản phẩm đáy gồm chủ yếu là
cấu tử khó bay hơi và một phần cấu tử dễ bay hơi.
Do sản phẩm thu được có độ tinh khiết khơng thực sự cao nên để có thể thu được sản
phẩm có độ tinh khiết cao ta sẽ thực hiện chưng cất nhiều lần.
1.1.2. Nguyên tắc làm việc

Pha lỏng đi từ trên xuống có nồng độ cấu tử dễ nay hơi giảm dần.
Pha khí đi từ dưới lên có nồng độ cấu tử dễ bay hơi tăng dần.
Nồng độ các cấu tử thay đổi theo chiều cao của tháp, nhiệt độ sôi cũng thay đổi tương
ứng với sự thay đổi nồng độ.
Trên mỗi đĩa xảy ra quá trình truyền khối giữa pha lỏng và pha hơi. Dẫn đến một phần
cấu tử chuyển từ hơi sang lỏng. Quá trình bốc hơi và ngưng tụ lặp lại nhiều lần. Cuối
cùng ở đỉnh tháp ta thu được cấu tử dễ bay hơi tinh khiết nhất có thể và tương tự ở đáy
tháp ta thu được cấu tử khó bay hơi tinh khiết nhất có thể.

13


1.1.3. Các phương pháp chưng cất
Dựa vào trình độ cơng nghệ và khoa học, hóa học hiện nay, có bốn phương pháp
chưng cất phổ biến. Mỗi phương pháp đều có tính chất và đặc trưng riêng, dùng trong
những trường hợp khác nhau, bao gồm:
- Chưng cất đơn

Dùng để tách các chất lỏng tương đối tinh khiết có độ chênh lệch nhiệt độ sôi lớn.
Thường được ứng dụng trong trường hợp chất được tách không tan vào nước.
- Chưng cất phân đoạn:

Thường dùng để hỗn hợp các cấu tử có nhiệt độ sôi chênh lệch nhau không nhiều
Sự phân tách các cấu tử trải qua nhiều lần bay hơi ngưng tụ theo nhiệt độ của từng tỉ lệ
thành phần của các cấu tử trong hỗn hợp.
- Chưng cất áp suất thấp (chưng cất chân không)

Chưng cất ở áp suất thấp dùng cho hợp chất chứa các cấu tử dễ bị phân hủy hoặc biến
tính ở nhiệt độ cao. Hoặc trường hợp nhiệt độ sôi của cấu tử quá cao.
Ở áp suất thấp nhiệt độ sôi, nhiệt độ bay hơi của các cấu tử và hỗn hợp thấp hơn ở áp

suất thường, đảm bảo được các yêu cầu ở trên.
- Chưng cất áp suất cao:

Dùng cho hỗn hợp cấu tử khơng hóa lỏng ở áp suất thường.
1.1.4. Thiết bị chưng cất
Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp, chúng đều có một u 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 vào lưu chất kia.
Tháp chưng cất rất phong phú và đa dạng về kích cỡ và ứng dụng, các tháp lớn nhất
thường được ứng dụng trong cơng nghiệp lọc hóa dầu.

14


Kích thước của tháp phụ thuộc vào chất lượng pha lỏng, pha hơi của tháp và độ tinh
khiết cuả sản phẩm. Ta so sánh ưu nhược điểm của một số loại tháp thường dùng:
Ưu điểm

Hiệu suất thấp
Độ ổn định kém
Thiết bị nặng

Tháp chêm

Đơn giản
Trở lực thấp

Tháp mâm xuyên lỗ

Hiệu suất tương đối cao

Hoạt động khá ổn định
Làm việc với chất lỏng bẩn

Tháp mâm chóp

Nhược điểm

Hiệu suất cao
Hoạt động ổn định
Ít tiêu hao năng lượng

Trở lực khá cao
Yêu cầu lắp đặt khắt khe (lắp
đĩa thật phẳng)
Cấu tạo phức tạp
Trở lực lớn
Không làm việc với chất lỏng
bẩn

Nhận xét: từ các ưu nhược điểm trên. Ta nhận thấy, tháp chưng cất mâm chóp phù hợp
để phân tách hệ acetone – clobenzen. Ngoài ra, chọn tháp mâm chóp và tiến hành tính
tốn thiết kế cho đồ án vì tháp mâm chóp thích hợp cho thiết bị hoạt động dài lâu và
độ ổn định cao.
1.1.5. Tháp mâm chóp
Tháp mâm gồm thân tháp hình trụ, thẳng đứng, bên trong có gắn các mâm mà trên đó
pha lỏng và pha hơi được cho tiếp xúc với nhau. Chất lỏng đi vào tháp ở đỉnh hoặc tại
một mâm nào đó thích hợp và chảy xuống nhờ trong lực qua mỗi mâm bằng ống chảy
chuyền. Pha hơi đi từ dưới lên qua mỗi mâm bằng cách đi qua các chóp được gắn trên
mâm.


15


Hình 1-1: Mơ hình tháp chưng cất mâm chóp
1.2. Tổng quan về hệ cân bằng acetone - clobenzen
1.2.1. Acetone
Acetone là một chất lỏng dễ cháy, không màu và là dạng ketone đơn giản nhất.
Acetone tan trong nước và là dung mơi chủ yếu dùng để làm sạch phịng thí nghiệm,
đồng thời là một chất dùng để tổng hợp các chất hữu cơ và còn được sử dụng trong các
thành phần hoạt chất của nước sơn móng tay.
-

Cơng thức phân tử: C3H6O
Công thức cấu tạo: CH3COCH3
Nhiệt độ sôi ở: 56,1oC
Khối lượng mol: 58,04 g/mol
Khối lượng riêng xét tại 20oC: 791 kg/m3 (tài liệu tham khảo [2] trang 9)
Độ nhớt xét tại 20oC: 0,322.103 N.s/m2 (tài liệu tham khảo [2] trang 91)

16


Ứng dụng:
Acetone 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 dùng làm dung mơi trong sản
xuất nhiều loại hóa chất, kể cả một số polymer.
Acetone được ứng dụng nhiều làm dung mơi hữu cơ trong cơng nghiệp (ví dụ cho vào
vecni, sơn mài, cellulose acetate, nhựa, cao su…). Nó hịa tan tốt tơ acetate,
nitroxenluloz, nhựa phenol fomandehyt, chất béo, dung môi pha sơn, mực in ống đồng.
Acetone là nguyên liệu để tổng hợp thủy tinh hữa cơ. Từ acetone có thể tổng hợp

ceten, sumfomat (thuốc ngủ), các holofom.
1.2.2. Clobenzene
Là một chất hữu cơ thơm có cơng thức hóa học là C6H5Cl,là chất lỏng không màu dễ
cháy.
- Khối lượng phân tử: 112,5g/mol
- Khối lượng riêng d40c : 1,11g/ml
- Nhiệt độ nóng chảy: -45oC
- Nhiệt độ sôi : 131oC
Ứng dụng:
Clobenzen là chất trung gian trong sản xuất các hàng hóa như thuốc diệt cỏ, thuốc
nhuộm.
Clobenzen được sử dung như một dung môi có nhiệt độ sơi cao trong nhiều ứng dụng
cơng nghiệp cũng như trong phịng thí nghiệm.
1.2.3. Giản đồ thành phần hỗn hợp các cấu tử trong hệ acetone - clobenzen
(Tài liệu tham khảo [3] trang 148)
Thành phần cân bằng lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp hai cấu tử axetonclobenzen ở 760mmHg (%mol):

17


Bảng 1-1: Thành phần tỉ lệ cân bằng lỏng hơi của cấu tử trong hệ
acetone - clobenzene
x(%)

0

5

10


20

30

40

50

y(%)

0

38.2

56.5

72.9

81.

85.

88.

2

6

7


t(oC)

110.6

108.

106.

102.

98.

95.

92.

3

1

2

6

2

1

60


70

80

90

92.

94.

96.

6

2

1

89.

86.

84.

82.

80.

4


8

4

3

2

91

100
100

Hình 1-2: Giản đồ tỉ lệ lỏng – hơi của hệ acetone – clobenzen theo nhiệt độ

Hình 1-3: Giản đồ tỉ lệ acetone trong pha lỏng theo tỉ lệ acetone trong pha hơi của
hệ acetone – clobenzene.

18


CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ
2.1. Bản vẽ sơ đồ quy trình cơng nghệ
Được trình bày ở trang số 10
2.2. Thuyết minh quy trình
Hỗn hợp Acetone - Clobenzene có nồng độ nhập liệu Acetone 20% (theo phần mol),
nhiệt độ khoảng 350C tại bồn chứa nguyên liệu (8) được bơm (7) bơm lên bồn cao vị
(9). Sau đó, hỗn hợp được đun sôi đến nhiệt độ sôi trong thiết bị gia nhiệt (2). Trước
khi qua thiết bị gia nhiệt và trước khi vào tháp chưng cất, lưu lượng dòng nhập liệu
được kiểm sốt bằng lưu lượng kế. Sau đó, hỗn hợp được đưa vào tháp chưng cất (1) ở

vị trí mâm nhập liệu (mâm số 5) và bắt đầu quá trình chưng cất.
Trên mâm 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 chưng, càng
xuống dưới càng giảm nồng độ các cấu tử dễ bay hơi vì đã bị pha hơi tạo nên từ nồi
đun (3) 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 hơn là Clobenzene sẽ ngưng tụ
lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp có cấu tử Acetone chiếm nhiều nhất
có nồng độ 98% (theo phần mol). Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh (5)
và được ngưng tụ hoàn toàn. Một phần chất lỏng ngưng tụ đi qua thiết bị làm nguội
sản phẩm đỉnh (6), được làm nguội xuống 35 0C, rồi được đưa qua bồn chứa sản phẩm
đỉnh (11). Phần cịn lại của chất lỏng ngưng tụ đựơc hồn lưu về tháp ở đĩa trên cùng
với tỉ số hoàn lưu thích hợp và được kiểm sốt bằng lưu lượng kế. Một phần cấu tử có
nhiệt độ sơi thấp được bốc hơi, cịn lại cấu tử có nhiệt độ sơi cao trong chất lỏng ngày
càng tăng. Cuối cùng, ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng hầu hết là các cấu tử khó
bay hơi (clobenzene). Dung dịch lỏng đáy đi ra khỏi tháp vào nồi đun (3). Trong nồi
đun, dịch lỏng một phần sẽ bốc hơi cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc, phần
còn lại ra khỏi nồi đun được làm nguội trong thiết bị (4), được làm nguội xuống 35 0C.

19


Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đáy là clobenzene trong bồn chứa sản
phẩm đáy (10) sau khi làm nguội.
2.3. Sơ đồ quy trình tính tốn
Tính cân bằng năng lượng
Tính tốn tỷ số hồn lưu

Tính số mâm lý thuyết


Tính số mâm thực tế

Tính tốn thiết bị phụ
1. Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh

Tính tốn đường kính tháp

2. Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh
3. Thiết bị gia nhiệt nhập liệu

Tính tốn chóp

4. Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy
5. Nồi đun gia nhiệt sản phẩm đấy

Tính tốn ống chảy truyền

6. Bồn cao vị
7. Bơm

Tính tổng trở lực tồn tháp
Tính tốn bề dày tháp

Tính cân bằng nhiệt lượng

Tính tốn đáy và nắp tháp

Tính tốn lớp cách nhiệt

Tính tốn các ống dẫn


Tính tốn tai treo và chân đỡ

1. Ống dẫn vào thiết bi ngưng tụ
2. Ống dẫn dòng nhập liệu
3. Ống dẫn dòng sản phẩm đáy
4. Ống dẫn hoàn lưu đỉnh và đáy

20


CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
3.1. Dữ liệu ban đầu
Năng suất nhập liệu GF = 4000 kg/h
Nồng độ nhập liệu (tính theo aceton) xF = 0,35 (mol/mol)
Tỉ lệ thu hồi aeetone: 98%
Chọn:
Nhiệt độ nhập liệu t’F = 350C
Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau khi làm nguội: t’D = 400C
Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi trao đổi nhiệt: t’W = 400C
Trạng thái nhập liệu lỏng sơi ở áp suất thường.
Kí hiệu:
F – suất lượng nhập liệu (kmol/h)
xF – phần mol nhập liệu (mol aceton/mol hỗn hợp)
D – suất lượng sản phẩm đỉnh (kmol/h)
xD – phần mol đỉnh (mol acetone/mol hỗn hợp)
W - suất lượng sản phẩm đáy (kmol/h)
xW – phần mol đáy (mol aceton/mol hỗn hợp)
3.2. Cân bằng vật chất.
Bảo toàn vật chất toàn tháp:

F = D +W

(3.1)

Bảo toàn đối với cấu tử dễ bay hơi (aceton)

21


F.xF = D.xD + W.xW

(3.2)

Tỉ lệ thu hồi cấu tử nặng (Clobenzen): = 0,98

(3.3)

Khối lượng mol trung bình dịng nhập liệu
Mtb = MA.xF + MC.(1- xF) = 58,04.0,35 + 112.56.(1- 0,35) = 93,478 (kg/kmol)

(3.4)

Suất lượng mol nhập liệu
F = = = 42,79 (kmol/h)

(3.5)

Thay số từ (2.4), (2.5) vào các phương trình (2.1), (2.2), (2.3) ta có hệ phương trình:
=D+W
.0,35 = D.xD+ W.xW


Với giá trị xD từ 0,900 – 0,990
xD

W

D

xW

0,900

37,228

5,563

0,268

0,910

36,610

6,181

0,255

0,920

35,837


6,954

0,239

0,930

34,844

7,947

0,218

0,940

33,520

9,271

0,187

0,950

31,665

11,126

0,139

0,960


28,884

13,907

0,056

0,970

24,248

18,543

-0,124

0,980

14,977

27,814

-0,820

0,990

-12,837

55,628

3,123


22


3.3. Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp
Chỉ số hồi lưu rất quan trọng vì khi chỉ số hồi lưu bé thì số bậc của tháp lớn hơn nhưng
tiêu tốn hơi đốt ít, ngược lại khi chỉ số hồi lưu lớn thì số bậc của tháp có ít hơn nhưng
tiêu tốn hơi đốt lại rất lớn. Chỉ số hồi lưu tối thiểu R min là tỷ số hoàn lưu ứng với chế
độ làm việc khi số mâm lý thuyết nhiều vơ cùng. Do đó cần điều chỉnh để giảm số
mâm, giảm chi phí cho tháp chưng cất
• Chỉ số hồi lưu tối thiểu của tháp chưng cất:

Rmin = (Công thức IX.24/158, tài liệu tham khảo [3])

(3.6).

Trong đó: yF* là nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi cân bằng với nồng độ trong
pha lỏng xF của hỗn hợp ban đầu.
Dựa vào đồ thị cân bằng lỏng hơi ta có: xF = 0,35 mol/mol => = 0,834 (mol/mol)
Vậy, Rmin = = = 0,253
•

Chỉ số hồi lưu thực tế:

R=1,3. Rmin + 0,3 = 1,3.0,253 + 0,3 = 0,628

(3.7).

(Công thức IX.25a/158, tài liệu tham khảo [3])
• Chỉ số hồn lưu thích hợp tính gần đúng:


R = (1,2÷2,5). Rmin (cơng thức IX.25a/158, tài liệu tham khảo [3])
Kiểm tra lại điều kiện: R = 0,628= 1,43. Rmin (thỏa mãn điều kiện trên).
3.4. Phương trình đường làm việc và số mâm lí thuyết.
3.4.1. Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất.
y = .x + = .x + = 0,39x + 0,568.

(3.9).

(Công thức IX.20/144, tài liệu tham khảo [3])

23

(3.8).


3.4.2. Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng.
x = .y + . xw = .y + .0,056 = 0,441y + 0,031

(3.10).

( với L = = = 3,077 ).
3.4.3. Số mâm lí thuyết

Hình 3-4: Đồ thị ngoại suy số mâm lý thuyết
Từ đồ thị ta xác định được số mâm lí thuyết: Nlt = 5 mâm, gồm:
Mâm

Số lượng

Mâm cất


3

Mâm chưng

1

Mâm nhập liệu

1

Phương trình đường làm việc phần cất

3.4.4. Số mâm thực tế
Có nhiều phương pháp xác định số mâm thực tế của tháp, ngoại trừ các ảnh hưởng của
thiết kế cơ khí tháp thì ta có thể xác định số mâm thực tế dựa vào hiệu suất trung bình:
Phương trình đường làm việc phần chưng

Nt = Nlt/tb (Cơng thức IX.59/170, tài liệu tham khảo [3])

(3.11).

Trong đó:
Nt – số đĩa thực tế
xW

xD

xF


Nlt - số đĩa lý thuyết
tb – hiệu suất trung bình của thiết bị.
tb = (cơng thức IX.60/170, tài liệu tham khảo [3])
Trong đó: 1, 2, 3,… - hiệu suất của các bậc thay đổi nồng độ.
n - số vị trí tính hiệu suất.
Trong trường hợp này ta tính:
tb =
24

(3.12).


Với D, F , W - lần lượt là hiệu suất ở đĩa trên cùng, hiệu suất ở đĩa nhập liệu và hiệu
suất ở đĩa dưới cùng.
Xác định , xét tại mâm nhập liệu ta có:
•
•

xF = 0,35 mol/mol
yF = 0,834 mol/mol (Tra đồ thị cân bằng lỏng hơi của hệ acetone – clobenzen,

đồ thị 1.2)
• tF = 96,9oC (Tra đồ thị cân bằng pha hệ aceton – clobenzen, đồ thị 1.1).
Tra bảng I.101/91, tài liệu tham khảo [2] và nội suy giá trị độ nhớt theo nhiệt độ t F=
96,90C, ta có:
•
•

Độ nhớt Acetone   = 0,175 cP.
Độ nhớt Clobenzene  = 0,379 cP.


Độ nhớt của hỗn hợp:
Loghh = xF.logA – (1-xF).logB

(3.13)

(Công thức I.12/84, tài liệu tham khảo [2])
→ hh = 0,289 cP
Độ bay hơi tương đối:
= =

(3.14)

(Công thức IX.61/171, tài liệu tham khảo [3])
→ . hh = 2,667.1,724 = 4,59

(3.15)

Tra đồ thị IX.11/171, tài liệu tham khảo [3], được = 38,5%.
Xác định , xét tại mâm đỉnh ta có:
xD = 0,96 mol/mol
yD = 0,984 mol/mol. (Tra đồ thị cân bằng lỏng hơi của hệ acetone – clobenzen, đồ thị
1.2)
tD = 81 oC (Tra đồ thị cân bằng pha của hệ aceton – clobenzen, đồ thị 1.1).
25