TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC – CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM
BỘ MƠN Q TRÌNH & THIẾT BỊ CNSH- CNTP

ĐỒ ÁN BỘ MƠN
Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CNTP I
ĐỀ TÀI:
Tính tốn, thiết kế hệ thống chưng cất cồn năng suất 13000 lít/ngày.
Nồng độ sản phẩm 92%V, nồng độ xả đáy 0,03%V, nồng độ nguyên liệu 35%V.

Giảng viên hướng dẫn

:

TS. Nguyễn Ngọc Hoàng

Sinh viên thực hiện

:

Nguyễn Đức Long

Lớp

:

KTTP 03-K63

MSSV

:

20180494

Hà Nội, 2021
[2]


Mục lục
Mục lục.................................................................................................................................................3
Danh mục hình vẽ:............................................................................................................................5
Danh mục bảng biểu:........................................................................................................................5
Chương 1: Tổng quan về đề tài............................................................................................................6
1.1 Tổng quan...................................................................................................................................6
1.1.1 Ethanol – Rượu Etylic – Cồn trong đời sống.......................................................................6
1.1.2 Thực trạng phát triển của ngành CN sản xuất cồn...............................................................7
1.1.3 Kết luận................................................................................................................................8
1.2 Cơ sở lý thuyết............................................................................................................................9
1.2.1 Tính chất...............................................................................................................................9
1.2.2 Các phương pháp nâng cao độ tinh khiết của sản phẩm – Chưng cất................................12
Phân loại các phương pháp chưng cất.........................................................................................13
Các thiết bị chưng cất..................................................................................................................13
Chương 2: Quy trình cơng nghệ chưng cất rượu – cồn......................................................................16
2.1 Sơ đồ quy trình sản xuất...........................................................................................................16
2.2 Thuyết minh dây chuyền sản xuất............................................................................................17
2.3 Nguyên tắc chuyển khối xảy ra trong tháp:..............................................................................18
2.4 Phương trình đường làm việc của tháp chưng luyện................................................................19
CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT BỊ..............................................................................................21
3.1 Kí hiệu và thơng số ban đầu......................................................................................................21
3.1.1 Giả thiết..............................................................................................................................21

3.1.2 Số liệu ban đầu...................................................................................................................21
3.1.3 Kí hiệu................................................................................................................................21
3.2 Quy đổi.....................................................................................................................................22
3.3. Tính toán cân bằng vật liệu trong tháp chưng cất liên tục.......................................................22
3.3.1 Tính cân bằng vật liệu........................................................................................................22
3.3.2 Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp......................................................................................23
3.4 Xác định số đĩa thực tế..............................................................................................................25
3.5 Xác định đường kính tháp.........................................................................................................27
3.5.1 Tính lượng hơi trung bình đi trong tháp.............................................................................27
3.5.2 Tính khối lượng riêng trung bình.......................................................................................30
[3]


3.5.3 Tốc độ hơi đi trong tháp.....................................................................................................32
3.5.4 Đường kính đoạn chưng, đoạn luyện.................................................................................33
3.6 Vận tốc thực tế của hơi đi trong tháp........................................................................................33
3.7. Chiều cao của tháp...................................................................................................................33
3.8 Nắp và đáy tháp........................................................................................................................34
CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN CƠ KHÍ VÀ LỰA CHỌN.....................................................................35
4.1 Tính số chóp và kích thước cơ bản của chóp............................................................................35
4.1.1 Số chóp phân bố trên đĩa....................................................................................................35
4.1.2 Kích thước chóp.................................................................................................................35
Chiều cao ống chảy truyền nhơ lên trên đĩa................................................................................39
4.2. Chọn mặt bích, vịng đệm, tai treo và chân đỡ........................................................................40
4.2.1 Chọn mặt bích....................................................................................................................40
4.2.2 Chọn đệm...........................................................................................................................41
4.2.3 Chọn tai treo, chân đỡ........................................................................................................42
4.3. Tính đường kính các ống dẫn..................................................................................................42
4.3.1 Ống chảy chuyền................................................................................................................42
4.3.2 Ống dẫn hỗn hợp đầu vào tháp...........................................................................................43

4.3.3 Ống dẫn hơi đỉnh tháp........................................................................................................43
4.3.4 Ống sản phẩm đáy..............................................................................................................44
4.3.5 Ống dẫn lỏng ngưng tụ hồi lưu..........................................................................................45
4.4 Diện tích làm việc của đĩa.........................................................................................................46
CHƯƠNG 5: TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT.........................................................................................47
5.1 Thiết bị gia nhiệt hỗn hơp đầu..................................................................................................47
5.1.1 Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào.......................................................................................47
5.1.2 Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào..............................................................................47
5.1.3 Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra.................................................................................48
5.1.4 Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra.................................................................................49
5.1.5 Nhiệt lượng mất ra môi trường xung quanh.......................................................................49
5.1.6 Lượng hơi đốt cần thiết......................................................................................................49
5.2. Tháp chưng luyện....................................................................................................................49
5.2.1 Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào tháp...............................................................................50
5.2.2 Nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu mang vào....................................................................50
5.2.3 Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp............................................................................51
5.2.4 Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra...............................................................................52
[4]


5.2.5 Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra.................................................................................52
5.2.6 Nhiệt lượng mất ra môi trường xung quanh.......................................................................52
5.2.7 Lượng hơi đốt cần thiết......................................................................................................53
5.3 Thiết bị ngưng tụ.......................................................................................................................53
5.4 Thiết bị làm lạnh.......................................................................................................................54
TỔNG KẾT........................................................................................................................................55
Phụ lục................................................................................................................................................56
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................................................58

Danh mục hình vẽ:


Hình 1: Tiêu thụ rượu bia ở Việt Nam................................................................................................8
Hình 2: Mơ hình phân tử Etanol.........................................................................................................9
Hình 3: Mơ hình phân tử nước......................................................................................................... 10
Hình 4: Sơ đồ q trình chưng luyện cồn.........................................................................................15
Hình 5: Dịng vật chất & q trình chuyển khối trong tháp chóp.....................................................17
Hình 6: Sơ đồ dịng vật chất trong tháp chưng luyện........................................................................22
Hình 7: Mặt bích bằng thép, kiểu I...................................................................................................39
Hình 8: Đệm bích thân tháp..............................................................................................................40

Danh mục bảng biểu:

Biểu đồ 1: Đồ thị nhiệt độ sôi hỗn hợp ethanol-nước......................................................................12
Biểu đồ 2: Đồ thị đường làm việc của tháp chưng luyện cồn..........................................................18
Bảng 1: Ưu nhược điểm của các thiết bị chưng cất cồn phổ biến.....................................................15
Bảng 2: Kí hiệu thiết bị trên sơ đồ chưng luyện cồn.........................................................................17
Bảng 3: Quy đổi nồng độ cồn đỉnh, đáy, nhập liệu...........................................................................22
Bảng 4: Bảng nồng độ phần mol pha lỏng - pha hơi tương ứng.......................................................24
Bảng 5: Bảng kết quả xác định hệ số N(Rx+1)................................................................................25
Bảng 6: Bảng thơng số kích thước bích thân tháp............................................................................40
Bảng 7: Thơng số kích thước đệm bích thân tháp.............................................................................41

[5]


Chương 1: Tổng quan về đề tài
1.1 Tổng quan
1.1.1 Ethanol – Rượu Etylic – Cồn trong đời sống
Ethanol(C2H5OH), còn được biết đến như là rượu etylic, ancol etylic, rượu ngũ cốc
hay cồn, là một hợp chất hữu cơ nằm trong dãy đồng đẳng của ancol, dễ cháy, không

màu, là một trong các rượu thơng thường có trong thành phần của đồ uống chứa cồn.
Trong cách nói dân dã, thơng thường nó được nhắc đến một cách đơn giản là rượu.
Là thành phần không thể thiếu trong lịch sử phát triển của ẩm thực nhân loại, rượu
etylic đã được phát hiện trong các di tích khảo cổ từ xấp xỉ 1 vạn năm về trước. Điều
đó cho thấy tầm quan trọng của hợp chất hóa học này trong cuộc sống của con người.
Thật vậy, ngày nay ta đã có thể nhìn nhận một cách tổng quát và khá đầy đủ về những
ứng dụng mà rượu etylic mang lại:
Với ngành công nghiệp thực phẩm
- Là thành phần không thể thay thế của đồ uống chứa cồn:
Trong ngành sản xuất đồ uống, loại cồn được sử dụng là rượu Etylic nguyên chất,
không chứa tạp chất (metylic, aldehyde,…) hoặc chỉ có mặt tạp chất với nồng độ cho
phép. Đa phần rượu etylic có mặt trong các sản phẩm đồ uống có cồn thu được từ q
trình lên men ngũ cốc hay trái cây chín – với tên gọi cồn thực phẩm.
Với nồng độ cồn rất đa dạng:
Bia: nồng độ cồn rời vào khoảng từ 3% -13%, thông thường khoảng 4% - 7%
Bia Lager là loại phổ biến nhất với khoảng 5% nồng độ cồn
Rượu: nồng độ cồn trung bình của rượu vang là 12%, vodka, whisky hay rum
là 40% tuy nhiên cũng có những loại rượu có nồng độ cao lên đến đỉnh điểm là 96% một loại vodka của hãng Polmos (Ba Lan) mang tên Spirytus Rektyfikowany - Vua
của các loại rượu.
Rượu gạo nếp truyền thống của Việt Nam sau khi vừa nấu ra có nồng độ cồn
khoảng 40-55% và sẽ được pha lỗng trở thành rượu thành phẩm phân phối ra thị
trường.
Ngồi sử dụng làm đồ uống, các loại rượu, bia, đồ uống chứa cồn còn xuất hiện
trong thành phần nguyên liệu, làm gia vị cho nhiều món ăn độc đáo của nền ẩm thực
thế giới.
- Sử dụng rộng rãi trong công nghiệp dược phẩm, mỹ phẩm.

[6]



Là một dung mơi an tồn, lành tính, khơng độc hại đối với sức khỏe của người tiêu
dùng. Cồn thực phẩm tan vơ hạn trong nước và có thể hịa tan nhiều hợp chất hữu
cơ, vô cơ khác nên được sử dụng phổ biến trong nhiều sản phẩm chăm sóc sức
khỏe, sắc đẹp:
+ Làm nguyên liệu, dung môi cho một số dược phẩm, thực phẩm chức năng.
+ Dùng sát khuẩn, sát trùng vết thương và các dụng cụ y tế.
+ Sử dụng trong nước hoa, mỹ phẩm và các loại lăn khử mùi,…
Ứng dụng trong ngành cơng nghiệp hóa học:
Cồn cơng nghiệp và cồn Ethanol là hai ngun liệu có nồng độ tạp chất cao, không
phù hợp sử dụng với mục đích tạo ra các sản phẩm thực phẩm mà được sử dụng trực
tiếp trong các ngành sản xuất công nghiệp:
Cồn công nghiệp được dùng chủ yếu trong công nghiệp in, dệt may, sản xuất mỹ
phẩm, dược phẩm và công nghiệp điện tử.
Cồn Ethanol được ứng dụng làm dung môi trong ngành hóa chất, dùng pha chế đồ
uống, dược phẩm, phần lớn dùng để pha xăng (xăng chiếm hơn 90% làm nhiêu liệu
đốt cho xe hiện đại). Hiện tại, ở Việt Nam đã có nhiều nơi sử dụng thí điểm “Xăng
sinh học E5 5% cồn Ethanol”
1.1.2 Thực trạng phát triển của ngành CN sản xuất cồn
Theo các tài liệu tham khảo, thống kê cho thấy tiêu thụ đồ uống có cồn tại Việt
Nam phổ biến nhất là bia với xấp xỉ 99.17%(năm 2013)
Tổng tiêu thụ đồ uống có cồn của thị trường Việt Nam năm 2013 là 2451,32 triệu lít
tương ứng với gần 30 lít/người với mức tăng trưởng trung bình trên 5% một năm đã
làm cho con số này tăng lên tới 43 lít/người vào năm 2018 – tương ứng với sản lượng
4,2 tỷ lít. Giá thành của nhóm đồ uống có cồn ngày càng tăng cao nhưng lượng tiêu
thụ khơng hề có dấu hiệu giảm cho thấy xu hướng phát triển của ngành công nghiệp
này đang ngày một đi lên.

[7]



Hình 1: Tiêu thụ rượu bia ở Việt Nam

1.1.3 Kết luận
Dù là cồn cơng nghiệp hay cồn thực phẩm, thì trong thành phần đều chứa 2 cấu
tử tan lẫn dễ bay hơi đó là ethanol – C2H5OH và nước H2O, và nồng độ cồn(alcohol
by volume) là phần thể tích(ml) của C2H5OH chứa trong 100ml dung dịch hỗn hợp 2
cấu tử trên ở điều kiện 20oC, tính theo đơn vị %. Loại cồn tinh khiết nhất đã được loại
bỏ tối đa các tạp chất gây hại chính là cồn thực phẩm với nồng độ 95,6 % về khối
lượng. Có thể thấy, rất nhiều những sản phẩm chứa cồn được làm ra phục vụ cho con
người trong mọi mặt đời sống. Tùy vào mục đích sử dụng mà mỗi sản phẩm kể trên
có chứa nồng độ cồn xác định, khác nhau. Để tạo ra một sản phẩm có nồng độ cồn
thấp ta có thể đơn giản chỉ cần pha lỗng dung dịch có nồng độ cao với nước, nhưng
nếu muốn thu được loại cồn tinh khiết với nồng độ cao, có thể lên tới 70% 80% hay
tối đa 95,6% để làm cồn nguyên liệu, sử dụng cho những mục đich sản xuất các sản
phẩm có chất lượng cao hơn, để thu được nguồn lợi nhuận lớn hơn thì đương nhiên ta
cần có các quy trình cơng nghệ tương ứng. Và phương pháp thực tế được sử dụng phổ
biến nhất hiện nay để nâng cao nồng độ cồn chính là chưng cất cồn.

[8]


1.2 Cơ sở lý thuyết
1.2.1 Tính chất
a. Ethanol

Cơng thức hóa học: CH 3−CH 2−OH
Khối lượng phân tử 46 đvC.

Hình 2: Mơ hình phân tử Etanol


 Tính chất đáng chú ý
Là chất lỏng tan vô hạn trong nước, không màu, không độc, vị cay, có mùi đặc
trưng.
Tính chất hóa học và đặc biệt là tính tan trong nước của nó đến từ nhóm hydroxyl(OH). Nhóm chức này khiến cho phân tử Ethanol phân cực và giúp tạo liên kết
Hydro – liên kết yếu đặc trưng giữa các phân tử nước, khiến cho Ethanol có thể tan
vơ hạn trong nước.
 Một số thơng số vật lí
+ Nhiệt độ sơi ở 760 mmHg: 78,3oC
+ Khối lượng riêng: = 810 kg/m3
 Phương pháp điều chế etanol quan trọng:
+ Hydrat hóa etylen với xúc tác H+
H2C=CH2 + H2O  C2H5OH
Ethanol để sử dụng công nghiệp thơng thường là khơng phù hợp với mục đích làm đồ
uống cho con người do nó có chứa một lượng nhỏ các chất có thể là độc hại(methanol
[9]


– gây ngộ độc do chuyển hóa thành acid formic) hay gây khó chịu (chẳng hạn
denatonium – vị đắng, gây tê)
+ Lên men
Trong công nghiệp, điều chế etanol bằng phương pháp lên men từ nguồn tinh bột, rỉ
đường. Những năm gần đây, nước ta chủ yếu sử dụng chủng nấm men Sacharomyces
cerevisea để lên men tinh bột:
C6H12O6 = 2C2H5OH + 2CO2 Q = +28 Kcal
Trong đó, 95% nguyên liệu chuyển thành etanol và CO2, 5% chuyển thành các
sản phẩm phụ: glycerin, methanol, dầu fusel và các acid hữu cơ…
b. Nước

Công thức hóa học H2O
Khối lượng phân tử: 18đvC


Hình 3: Mơ hình phân tử nước
 Tính chất quan trọng
Là thành phần cơ bản của sự sống, nước tinh khiết trong suốt, không mùi, khơng vị.
Nước có tính phân cực và khả năng tạo liên kết Hydro nên có khả năng hịa tan các
chất có cùng bản chất. Hiện diện ở khắp mọi nơi, mọi thành phần làm nên sự sống
nên nước chính là dung môi phổ biến và quan trọng nhất.
Trong dung dịch rượu thì nước đóng vai trị dung mơi phân cực.
 Một số thơng số vật lí
+ Nhiệt độ sơi ở 760mmHg là 100°C, nhiệt độ nóng chảy là 0°C.
+ Khối lượng riêng 1000kg/m3
[10]


c. Hỗn hợp Ethanol – nước
Ở trạng thái lỏng, hệ gồm hai cấu tử dễ bay hơi hoàn toàn tan
lẫn.
Hệ tuân theo đinh luật Raoult:
+ Áp suất hơi – thành phần pha lỏng.

Pe(ethanol) = Poe.xe (1)
Pw(water) = Pow.xw (2)
Phh = Pe + Pw = Poe.xe + Pow.(1-xe)
+ Thành phần pha hơi.

ye =

Pe
P hh


(3)

yw =

Pw
P hh

(4)

Từ 1,2,3,4:
ye
yw

=

o

P e xe
.
o
Pw xw

αe-w =

xe

= αe-w. x

w


o

Pe
o

Pw

được gọi là hệ số tách(hệ số chưng cất) được

ứng dụng trong quá trình tách các cấu tử tan lẫn trong dung dịch.
Trong đó Etanol là cấu tử dễ bay hơi hơn so với nước, nhiệt độ sôi của dung dịch sẽ
nằm giữa khoảng nhiệt độ sôi của hai chất (ở 760mmHg: 78,9oC và 100oC). Nhiệt độ
sôi của dung dịch phụ thuộc vào nồng độ của cấu tử trong dung dịch theo biểu đồ
sau

[11]


Biểu đồ 1: Đồ thị nhiệt độ sôi hỗn hợp ethanol-nước
Quá trình chưng cất sẽ cung cấp nhiệt độ cho dung dịch đến nhiệt độ sôi. Ở
cùng một áp suất, các cấu tử Ethanol có nhiệt độ sơi thấp hơn nên sẽ bay hơi
trước. Kết quả là ta sẽ thu được Ethanol với nồng độ cao trong pha hơi(sản
phẩm đỉnh). Nước khó bay hơi hơn nên pha dung dịch ở đáy sẽ chỉ còn lại
nước, nồng độ Ethanol rất thấp.
Sự chênh lệch về nhiết độ sôi hay khả năng bay hơi khác nhau của 2(hay
nhiều) cấu tử chính là cơ sở của phương pháp chưng cất.
1.2.2 Các phương pháp nâng cao độ tinh khiết của sản phẩm – Chưng cất
Để nâng cao độ tinh khiết của một cấu tử trong hỗn hợp với các chất khác
ta đều dựa theo nguyên tắc chung đó là tách riêng các cấu tử nhờ sự khác
biệt về một tính chất/ thơng số vật lí hay hóa học:

+ khác biệt về khối lượng/ khối lượng riêng: lắng, li tâm
+ khác biệt về nhiệt độ sôi/ khả năng bay hơi: cô đặc, chưng
cất
+ khác biệt về kích thước: lọc
+ khác biệt về ái lực với các chất: sắc kí
… và rất nhiều các phương pháp khác.
[12]


Chưng cất như đã phân tích ở trên, dựa trên sự chênh lệch về nhiệt độ sơi hay
nói cách khác là khả năng bay hơi khác nhau của các cấu tử tan lẫn trong hỗn
hợp. Quá trình chưng bắt đầu với việc sản xuất rượu từ thế kỉ XI, ngày nay
phương pháp này được ứng dụng rộng rãi để tách các hỗn hợp như:
- Dầu mỏ, tài nguyên được khai thác ở dạng lỏng 
- Khơng khí hóa lỏng được chưng cất ở nhiệt độ -190°C để sản xuất
nitơ 
- Quá trình tổng hợp hữu cơ: methanol, etylen, butadiene, propylene
- Công nghệ sinh học và thực phẩm cho sản phẩm là hỗn hợp chất lỏng
như: etylic-nước từ quá trình lên men. 
 
Phân loại các phương pháp chưng cất
- Theo áp suất làm việc: 
+ Áp suất cao 
+ Áp suất thấp 
+ Áp suất thường 
- Theo nguyên lý làm việc: 
+ Chưng cất đơn giản(theo mẻ/gián đoạn) 
+ Chưng cất liên tục 
Các thiết bị chưng cất. 
- Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để tiến hành

chưng cất. Tuy nhiên yêu cầu cơ bản chung của các thiết bị vẫn giống nhau
nghĩa là diện tích bề mặt tiếp xúc phải lớn, điều này phụ thuộc vào mức độ phân
tán của một lưu chất này vào lưu chất kia. Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta
có các loại tháp mâm, nếu pha lỏng phân tán vào pha khí ta có tháp đệm, tháp
phun,… Ở đây ta khảo sát 2 loại thường dùng là tháp mâm và tháp đệm. 
• Tháp đĩa(mâm): thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các mâm có
cấu tạo khác nhau, trên đó pha lỏng và pha hơi được tiếp xúc với nhau.
Tùy theo cấu tạo của đĩa ta có: 
+ Tháp đĩa chóp: trên mâm bố trí chóp có dạng trịn, chữ S,… 
[13]


+ Tháp đĩa xuyên lỗ: trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh.
• Tháp đệm: tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với nhau bằng các mặt bích hay
hàn. Vật chêm được vào tháp theo một trong hai phương pháp: xếp ngẫu
nhiên hay xếp thứ tự.

Ưu
điểm

Tháp đệm 

Tháp đĩa xuyên lỗ 

Tháp đĩa chóp

-Cấu tạo khá đơn giản
-Trở lực thấp 
-Làm việc được với chất
lỏng bẩn nếu dùng đệm

cầu có ρ~ρ của chất lỏng

-Trở lực tương
đối thấp 

-Khá ổn định 

-Hiệu suất khá cao 
-Chế tạo đơn giản,
vệ sinh dễ dàng 
-Ít tốn kim loại
hơn tháp chóp

Khuyết
điểm

-Do có hiệu ứng thành
do đó hiệu suất
truyền khối thấp 
-Độ ổn định khơng
cao do sự phân bố các
pha theo tiết diện tháp
khơng đều, khó vận hành 
-Do có hiệu ứng thành do
đó khi tăng năng suất thì
hiệu ứng thành tăng. Vì
vậy khó tăng năng suất.

- Kết cấu khá phức
tạp 

-Yêu cầu lắp đặt
cao: đĩa lắp phải
phẳng, chất lỏng khó
phân bố đều trên
mâm nếu đường kính
quá lớn
- Yêu cầu điều khiển
để cân bằng hai dịng
lỏng – hơi.

-Hiệu suất
truyền khối cao 
-Ít tiêu hao năng
lượng hơn nên
có số đĩa ít hơn

-Có trở lực lớn 
-Tiêu tốn
nhiều vật tư,
kết cấu
phức tạp

- Dòng dung dịch chảy
qua hệ thống đệm phân bố
khơng đều, cần có thêm
đĩa phân phối lỏng.
Bảng 1: Ưu nhược điểm của các thiết bị chưng cất cồn phổ biến.
[14]



- Sử dụng tháp đệm không cho phép ta kiểm sốt q trình chưng cất theo khơng
gian tháp, trong khi đó ở tháp đĩa thì q trình thể hiện qua từng đĩa một cách rõ
ràng, tháp đệm khó chế tạo được kích thước lớn ở quy mơ cơng nghiệp. 
- Sử dụng tháp đĩa xuyên lỗ, hiệu suất đạt được không bằng tháp chóp, chế độ
làm việc khơng ổn định bằng tháp chóp, với đường kính tháp q lớn cũng
khơng mang lại tính hiệu quả. 
Vì vậy, với đồ án thiết kế thiết bị chưng cất cồn, em chọn phương pháp
chưng luyện sử dụng tháp chóp có ống chảy truyền.

[15]


Chương 2: Quy trình cơng nghệ chưng cất rượu – cồn.
2.1 Sơ đồ quy trình sản xuất. 

Hình 4: Sơ đồ quá trình chưng luyện cồn

1.Thùng chứa hỗn hợp ban đầu

2.Bơm

3.Thùng cao vị

4.Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu

5.Tháp chưng luyện

6.Thiết bị ngưng
tụ hồi lưu 


7.Thiết bị làm lạnh sản phẩm
đỉnh

8.Thùng chứa sản phẩm
đỉnh

9.Thiết bị gia
nhiệt đáy tháp

[16]


10.Thùng chứa
sản phẩm đáy

11.Thiết bị tháo nước
ngưng
Bảng 2: Kí hiệu thiết bị trên sơ đồ chưng luyện cồn.

2.2 Thuyết minh dây chuyền sản xuất 
 Hỗn hợp đầu từ thùng chứa (1) được bơm (2) bơm liên tục lên thùng cao vị (3).
Từ thùng cao vị (hỗn hợp đầu được điều chỉnh nhờ van và lưu lượng kế) qua thiết
bị đun nóng dung dịch (4). Tại đây dung dịch được gia nhiệt bằng hơi nước bão
hịa đến nhiệt độ sơi. Sau đó dung dịch được đưa vào tháp chưng luyện qua đĩa
tiếp liệu, vào bên trong của tháp chưng luyện(5)
 Tháp chưng luyện gồm 2 phần: phần từ đĩa tiếp liệu trở lên là đoạn luyện, phần từ
đĩa tiếp liệu trở xuống là đoạn chưng. 
 Như vậy ở trong tháp pha lỏng đi từ trên xuống sẽ tiếp xúc trực tiếp với pha hơi đi
từ dưới lên. Hơi bốc từ dưới lên qua các ống hơi đĩa trên và tiếp xúc với pha lỏng
của đĩa trên, ngưng tụ 1 phần, vì thế nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng tăng

dần theo chiều cao của tháp. Vì nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng tăng nên
nồng độ của nó trong pha hơi do lỏng bốc lên cũng tăng. Cấu tử dễ bay hơi có
nhiệt độ sơi thấp hơn cấu tử khó bay hơi nên khi nồng độ của nó tăng thì nhiệt độ
sơi của dung dịch giảm. Tóm lại theo chiều cao của tháp, nồng độ cấu tử dễ bay
hơi tăng dần, nồng độ cấu tử khó bay hơi giảm dần, nhiệt độ tháp giảm dần. Cuối
cùng ở đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp hơi có thành phần hầu hết là cấu tử dễ
bay hơi, cịn ở đáy tháp ta sẽ thu được hỗn hợp lỏng có thành phần cấu tử khó bay
hơi chiếm tỉ lệ lớn. Để duy trì pha lỏng cho các đĩa trong đoạn luyện ta bổ sung
bằng dòng hồi lưu được ngưng tụ từ hơi đỉnh tháp. Hơi đỉnh tháp được ngưng tụ
nhờ thiết bị ngưng tụ hơi hoàn toàn (6), dung dịch lỏng thu được sau khi ngưng tụ
1 phần được hồi lưu lại đĩa luyện trên cùng để duy trì pha lỏng trong các
đĩa luyện, phần còn lại được đưa vào thiết bị làm lạnh (7) để đi vào bể chứa sản
phẩm đỉnh (8). Chất lỏng ở đáy tháp được tháo ra ở đáy tháp sau đó được đun sơi
nhờ thiết bị gia nhiệt đáy tháp (9) và hồi lưu về đĩa đáy tháp, phần sản phẩm đáy
không sử dụng được đưa vào bể chứa sản phẩm đáy (10). Nước ngưng tụ của các
thiết bị gia nhiệt được tháo qua thiết bị tháo nước ngưng (11). 

[17]


2.3 Nguyên tắc chuyển khối xảy ra trong tháp: 

Hình 5: Dịng vật chất & q trình chuyển khối trong tháp chóp.
 Hơi đi từ dưới lên qua các ống hơi, lỏng đi từ trên xuống theo các ống
chảy truyền. Nồng độ các cấu tử thay đổi theo chiều cao của tháp, nhiệt độ sôi
cũng thay dổi tương ứng vơi sự thay đổi nồng độ. Cụ thể là trên đĩa 1, chất lỏng có
nồng độ cấu tử dễ bay hơi (ethanol) là x1, pha hơi có nồng độ tương ứng y1. Hơi
này lên đĩa 2, đi qua khe hở của chóp và được sục vào lỏng ở trên đĩa này. Tức là
các bọt khí sẽ đi vào lỏng, tại đây xảy ra cả 2 quá trình truyền nhiệt và truyền
khối, nhiệt độ đĩa 2 thấp hơn ở đĩa 1 nên một phần hơi sẽ được ngưng tụ lại, hơi

truyền nhiệt vào lỏng, nồng độ ethanol trong pha lỏng ở đĩa 2 – x2 cao hơn y1, nên
ethanol truyền khối vào bóng khí. Hơi bốc lên từ đĩa 2 có nồng độ tương ứng y2,
với động lực truyền khối Δy=y*2 – y2(y* là nồng độ bão hòa trong pha hơi). Quá
trình trên liên tục lăp lại dọc theo chiều cao của tháp.
[18]


 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 cuối cùng ở
trên đỉnh tháp ta 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.

2.4 Phương trình đường làm việc của tháp chưng luyện

Biểu đồ 2: Đồ thị đường làm việc của tháp chưng luyện cồn.
Đoạn chưng:
x=

Rx +1
( L−1) x w
y+
Rx + L
R x+ L

Đoạn luyện
y=

R x=


GR
P

- GR: lượng hồi lưu
L=

F
P

Ý nghĩa của chỉ số hồi lưu Rx:

[19]

Rx
x
x+ p
R x +1
R x +1


Độ dốc của đường làm việc phụ thuộc chỉ số hồi lưu Rx. Chỉ số hồi lưu phải có độ lớn
tối thiểu sao cho mâm nhập liệu tồn tại động lực truyền khối, tức là hiệu nồng độ
Δy = y* – y >0
Vậy chỉ số hồi lưu tối thiểu được xác định tại giao điểm của đường làm việc và
đường cân bằng lỏng – hơi bão hịa. Khi đó tung độ của điểm giao có giá trị

yF=R
*

xp

x min

+1

=> Rx min =

¿

x p− y F
y ¿F −x F

Chỉ số hồi lưu thích hợp được tính tốn dựa trên tỉ lệ thích hợp giữa chiều cao
– đường kính tháp sao cho thể tích tháp chưng luyện là nhỏ nhất.

[20]