KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
  
ĐỀ TÀI:
CHƯNG CẤT METHANOL – AXETOL
GVHD: LÊ NHẤT THỐNG SVTH: TRẦN NGỌC HIỆP
ĐẶNG THỊ LIÊN
LỚP: ĐHHO4TLT
TP.HCM, Tháng 12 năm 2012
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN
BỘ CÔNG THƯƠNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
CHUYÊN ĐỀ CHƯNG CẤT
Họ tên sinh viên: TRẦN NGỌC HIỆP & ĐẶNG THỊ LIÊN
Lớp: ĐHHO4TLT
1. Yêu cầu:
Tính và thiết kế thiết bị chưng cất làm việc liên tục, dùng để chưng cất hỗn hợp Ethanol
– Axetol.
2. Với các số liệu sau:
- Năng suất tính theo suất lượng hỗn hợp vào 3000 kg/h.
- Hỗn hợp đưa vào tháp ở trạng thái lỏng sôi.
- Nồng độ đầu của hỗn hợp là 40% khối lượng theo cấu tử dễ bay hơi.
- Nồng độ sản phẩm đỉnh 98% khối lượng theo cấu tử dễ bay hơi.
- Nồng độ sản phẩm đáy 2,5% khối lượng theo cấu tử dễ bay hơi.
- Áp suất hơi đốt (hơi nước bão hòa) là 2at.
3. Nhiệm vụ và nội dung tính toán:
- Chọn vật liệu chế tạo.
- Cân bằng vật chất và nhiệt lượng.
- Tính thiết bị chính.
- Tính thiết bị ngưng tụ và chọn bơm.

- Vẽ bản vẽ quy trình công nghệ A
1
và bản vẽ chi tiết A
1
Giáo viên hướng dẫn
Lê Nhất Thống
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
**********
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………

TP.HCM, ngày tháng năm 2012
Người nhận xét
PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ:
I. - MỞ ĐẦU
II. - TÍNH CHẤT HOÁ LÝ CỦA AXETON – METANOL
1. Một số tính chất của Metanol
2. Một số tính chất của Axeton
III - TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ
PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ:
A - CÂN BẰNG VẬT LIỆU VÀ NHIỆT LƯỢNG:
I - CÂN BẰNG VẬT LIỆU
1. Thông số ban đầu
2. Tính cân bằng vật liệu
3. Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng và đoạn luyện
4. Xác định số đĩa của tháp chưng luyện
II - CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
1. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun nóng
2. Cân bằng nhiệt lượng cho toàn tháp
3. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ
4. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị làm lạnh
B - THÔNG SỐ CHÍNH CỦA THÁP:
I - ĐƯỜNG KÍNH THÁP
1. Đường kính đoạn luyện
2. Đường kính đoạn chưng
II - CHIỀU CAO THÁP
1. Chiều cao đoạn luyện
2. Chiều cao đoạn chưng
III - TÍNH TRỞ LỰC
1. Trở lực đoạn luyện
2. Trở lực đoạn chưng

C - TÍNH CƠ KHÍ THIẾT BỊ CHÍNH:
I - BỀ DÀY THÂN THÁP
II- TÍNH ĐÁY VÀ NẮP THIẾT BỊ
III- BỀ DÀY LỚP CÁCH NHỆT
IV -TÍNH ĐƯỜNG KÍNH ỐNG DẪN
1. Đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh
2. Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu
3. Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy
4. Đường kính ống hồi lưu
V - KÍCH THƯỚC ĐĨA PHÂN PHỐI VÀ LƯỚI ĐỠ ĐỆM
VI - MẶT BÍCH
1. Bích để nối thiết bị
2. Bích để nối thiết bị với ống
VII – CỬA NỐI THIẾT BỊ
VIII- CHÂN ĐỠ VÀ TAI TREO THIẾT BỊ
1. Khối lượng toàn tháp
2. Chân đỡ và tai treo
D - TÍNH THIẾT BỊ PHỤ
I - TÍNH THIẾT BỊ ĐUN NÓNG HỔN HỢP ĐẦU
II - TÍNH VÀ CHỌN BƠM
PHẦN III: KẾT LUẬN

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM, DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ
I-MỞ ĐẦU
Trong công nghệ hóa học, để phân riêng hổn hợp 2 hay nhiều cấu tử hòa tan một phần
hay hoàn toàn vào nhau, ta có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau như: Hấp thụ, hấp
phụ, trích ly, chưng cất, sấy, Mỗi phương pháp điều có những đặc thù riêng và có những
ưu nhược điểm nhất định. Việc lựa chọn phương pháp và thiết bị cho phù hợp tùy thuộc vào
hổn hợp ban đầu, yêu cầu sản phẩm và điều kiện kinh tế.
Đối với hỗn hợp Axeton - Etanol là hỗn hợp 2 cấu tử tan hoàn toàn vào nhau theo bất kỳ

tỷ lệ nào (hỗn hợp đẳng phí) và có nhiệt độ sôi khác biệt nhau ở cùng điệu kiện áp suất. Do
đó phương pháp tối ưu để tách hỗn hợp trên là chưng cất. Phương pháp này dựa vào độ bay
hơi khác nhau giữa các cấu tử bằng cách thực hiện quá trình chuyển pha và trao đổi nhiệt
giữa 2 pha lỏng - khí. Sản phẩm đỉnh thu được gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần
cấu tử có độ bay hơi thấp hơn. Còn sản phẩm đáy thu được chủ yếu là cấu khó bay hơi và
một phần cấu tử dễ bay hơi.
Quá trình chưng cất cũng có nhiều phương pháp khác nhau như: chưng đơn giản: dùng
để tách các cấu tử có độ bay hơi khác biệt nhau. Nó dùng để tách sơ bộ và làm sạch cấu tử
khỏi tạp chất; chưng chân không: dùng trong trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi của cấu tử
do cấu tử dễ phá hủy nhiệt hay có nhiệt độ sôi quá cao; Chưng bằng hơi nước trực tiếp:
Dùng để tách các hỗn hợp gồm các chất khó bay hơi và tạp chất không bay hơi; chưng
luyện: Là phương pháp phổ biến nhất để tách hoàn toàn hổn hợp các cấu tử dẽ bay hơi có
tính chất hòa tan một phần hay hoàn toàn vào nhau theo bất kỳ tỉ lệ nào bằng các thiết bị
khác nhau như: Tháp đĩa, tháp đệm, tháp chóp, Đối với hổn hợp trên, ta nên dùng thiết bị
chưng tháp đệm.
Hiện nay tháp đệm được sử dụng rộng rãi bởi có nhiều ưu điểm: Hiệu suất cao vì bề mặt
tiếp xúc lớn, giới hạn làm việc tương đối rộng, thiết bị đơn giản gọn nhẹ dễ tháo rời dễ sửa
chữa, trở lực không cao nhưng làm việc ổn định và chưng được sản phẩm đòi hỏi có độ tinh
khiết cao. Tháp đệm có thể làm việc ở áp suất thường và áp suất chân không, làm việc liên
tục hoặc gián đoạn. Cấu tạo, kích thước và loại đệm tùy thuộc vào chế độ làm việc, yêu cầu
độ tinh khiết sản phẩm.
Tuy nhiên tháp đệm cũng có những mặt hạn chế sau: Khó làm ướt đều đệm. Nếu tháp
quá cao thì phân phối chất lỏng không đều.
Để khắc phục nhược điểm trên, người ta chia đệm ra nhiều tầng và có đặt thêm đĩa phân
phối chất lỏng đối với mỗi một tầng đệm nếu tháp quá cao.
II-TÍNH CHẤT HÓA LÝ CỦA AXETON – ETANOL
1-ETANOL:
Công thức cấu tạo: C
2
H

5
OH
Khối lượng phân tử: M = 46
Nhiệt độ sôi: Ts = 64,7
o
C
Nhiệt độ nóng chảy: Tnc = -97,8
o
C
Là một chất lỏng không màu, linh động, có màu đặc trưng. Dễ hút ẩm, tạo hỗn hợp
đẳng phí với Axeton, tan vô hạn trong nước. Hoà tan được nhiều hợp chất hữu cơ vá một số
hợp chất vô cơ.
Là một chất độc, nếu xâm nhập quá khả năng chịu đựng của cơ thể cũng có thể gây mê,
lượng lớn hơn có thể gây tử vong.
Ứng dụng:
• Sản xuất sơn và nhựa:
- Dùng methanol trong sản xuất nhựa Urea-formaldehyd và nhựa phenol-formadehyd.
Những chất này là nguyên liệu cho ngành công nghiệp carton thô. Methanol được dùng
trong lacquer do có độ hoà tan và bay hơi tốt.
• Công nghiệp cao su:
- Methanol được dùng rộng rãi làm dung môi cho cao su trong sản xuất các sản phẩm
khác nhau.
• Ngoài ra Methanol được dùng trong
- Mực in
- Keo dán
- Chất chống đông
- Dược
2- AXETON:
Axeton có công thức phân tử: CH
3

COCH
3
, M=58.
Axeton là chất lỏng không màu, nhẹ hơn nước, có tỷ trọng d
20
= 0,792, tan nhiều trong
nước do phân tử phân cực, có nhiệt độ sôi t
s
=56,1
o
C, đông đặc ở nhiệt độ 95,5
o
C.
Phương pháp quan trọng để điều chế Axeton là: oxy hóa rượu iso propanol
CH
3
CH(OH)CH
3
CH
3
COCH
3
+ H
2
O
Về mặt hóa học: Có cấu tạo tương tự anđêhít , axeton tham gia phản ứng cộng H
2
và
natrihyđro sun fit (NaHSO
3

) nhưng không tham gia tráng gương với AgNO
3
và Cu(OH)
2
,
tuy nhiên có thể bị oxy hóa và cắt sát nhóm CO để tạo thành 2 axít khi nó phản ứng với chất
oxy hóa mạnh.
Ứng dụng: Axeton hòa tan tốt trong axetat, nitro xenlulo, nhựa fenol focmanđehit, chất
béo, dung môi pha sơn, mực ống đồng. Nó là nguyên liệu để tổng hợp thủy tinh hữu cơ, từ
Axeton có thể điều chế xêten sunphuanat (thuốc ngủ) và các halophom.
Nhìn chung Axeton và axit axetic có nhiều ứng dụng trong công nghiệp cũng như trong
đời sống hằng ngày nên cần thiết phải tách riêng được chúng.
III- TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ:
Dung dịch đầu được bơm từ thùng chứa 8 lên thùng cao vị 5 nhờ bơm thủy lực rồi chảy
vào thiết bị đun nóng 6. Ở đây dung dịch được đun đến nhiệt độ sôi bằng hơi nước bão hòa.
Thiết bị đun sôi 6 là thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm, dung dịch sau khi đun sôi sẽ đi
vào tháp chưng luyện ở đĩa tiếp liệu.
Trong tháp chưng luyện, hơi đi từ dưới lên và gặp chất lỏng đi từ trên xuống. Vì nhiệt độ
càng lên cao càng thấp nên khi hơi đi từ dưới lên trên qua các đĩa sẽ làm cấu tử có nhiệt độ
sôi cao sẽ bị ngưng tụ lại và cuối cùng trên đỉnh tháp thu được hổn hợp hầu hết cấu tử dễ
bay hơi (cấu tử nhẹ). Hơi ra khỏi tháp sẽ qua thiết bị ngưng tụ hoàn toàn 4, lượng lỏng
ngưng tụ một phần sẽ được hồi lưu về tháp, phần còn lại sẽ vào thiết bị làm lạnh 3 đễ giảm
nhiệt độ rồi chuyển xuống thùng chứa sản phẩm đỉnh 1.
Chất lỏng đi từ trên xuống gặp hơi từ dưới lên có nhiệt độ cao nên một phần cấu tử nhẹ
sẽ bay hơi. Do đó càng xuống thấp nồng độ cấu tử khó bay hơi càng cao, cuối cùng sản
phẩm đáy thu được hầu hết là câú tử nặng. Hổn hợp này thu được ở đáy tháp sau đó cho
vào thùng chứa sản phẩm 9.
Như vậy tháp đã thực hiện một quá trình chưng tách liên tục hổn hợp 2 cấu tử Axeton -
Metanol thành 2 sản phẩm riêng biệt. Axeton có nhiệt độ sôi thấp hơn nên thu hồi ở đỉnh
còn Metanol thu hồi ở đáy.

SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ (BẢN VẼ KHỔ A3)
Chú thích các kí hiệu trong quy trình
1. Thùng chứa nguyên liệu
2. Bơm
3. Thùng cao vị
4, 8 Thiết bị đun sôi.
5. Tháp chưng
6. Thiết bị ngưng tụ
7. Thiết bị làm lạnh.
9. Thùng chứa sản phẩm đáy
PHẦN II TÍNH TOÁN THIẾT BỊ
A- CÂN BẰNG VẬT LIỆU VÀ NHIỆT LƯỢNG:
I- CÂN BẰNG VẬT LIỆU:
1-THÔNG SỐ BAN ĐẦU:
GỌI F: lưu lượng hổn hợp đầu kg
P: Lưu lượng sản phẩm đỉnh kg/h-kmol/h
W: Lưu lượng sản phẩm đáy kg/h- kmol/h
a
F
: Nồng độ cấu tử bay hơi hỗn hợp đầu % khối lượng
a
D
:

Nồng độ cấu tử bay hơi sản phẩm đỉnh % khối lượng
a
W
: Nồng độ cấu tử bay hơi sản phẩm đáy % khối lượng
x
F

: Nồng độ cấu tử bay hơi hổn hợp đầu % mol
x
D
: Nồng độ cấu tử bay hơi trong sản phẩm đỉnh % mol
x
W
: Nồng độ cấu tử bay hơi trong sản phẩm đáy % mol
Ký hiệu: Axeton: A, M
A
= 58
Ethanol: B, M
B
= 46
Số liệu ban đầu: G
F
= 3000 kg/h
a
F
= 40% khối lượng
a
D
= 98% khối lượng
a
W
= 2,5% khối lượng
Áp suất hơi đốt ( hơi nước bão hòa) là 2at
2- TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU:
Phương trình cân bằng vật viết cho toàn tháp:
F = D + W (1)
Hay G

F
= G
D
+ G
W
Phương trình cân bằng vật liệu viết cho cấu tử nhẹ:
Fa
F
= P a
D
+ Wa
W
(2)
G
F
a
F
= G
D
a
D
+ G
W
a
W

Từ (1) và (2) suy ra:

D W F W D W
F D W

x x x x x x
= =
− − −
Hay
FD
W
WF
D
WD
F
aa
G
aa
G
aa
G
−
=
−
=
−
[ ]
40 2,5
3000 1178,01( / )
98 2,5
F W
D F
D W
a a
G G kg h

a a
−
−
⇒ = = =
− −
Từ (1) suy ra: G
W
= G
F
– G
D
= 3000 – 1178,01=1821,99 (kg/h)

Tính nồng độ phần mol dựa vào nồng độ phần khối lượng:

i
ik
k
k
k
M
a
M
a
x
Σ
=

Thành phần mol trong hổn hợp đầu:
0,4

58
0,346
1 0,4 1 0, 4
58 46
F
A
F
F F
A B
a
M
x
a a
M M
= = =
− −
+
+

Thành phần mol trong sản phẩm đỉnh:
0,98
58
0,975
1 0,98 1 0,98
58 46
D
A
D
D D
A B

a
M
x
a a
M M
= = =
− −
++
Thành phần mol trong sản phẩm đáy:
0,025
58
0,02
1 0,025 1 0,025
58 46
W
A
W
W W
A B
a
M
x
a a
M M
= = =
− −
+
+
Tính khối lượng mol trung bình:
Trong hổn hợp đầu:

M
F
= x
F
M
A
+ (1- x
F
)M
B
= 0,346*58 +(1-0,346)*46 = 50,152 ( kmol/kmol)
Trong sản phẩm đỉnh:
M
D
= x
D
M
A
+ (1- x
D
)M
B
= 0,975*58 + (1-0,975)*46 = 57,7 (kmol/kmol )
Trong sản phẩm đáy:
M
W
= x
W
M
A

+ (1- x
W
)M
B
= 0,02*58 + (1-0,02)*46 = 46,24(kmol/kmol)
Lưu lượng tính theo kmol/h:
F =
=
F
F
M
G
3000/50,152 = 59,82 ( kmol/h)
Như vậy ta có bảng tổng kết thành phần sản phẩm như sau:
Dòng sản phẩm ở nhiệt độ 78,3
0
C nên ta có khối lượng riêng của dòng này
p =740kg/m
3
( Etylic) , p= 725kg/m
3
(aceton)
A
D
m
D
D
xx
ρρρ
−

+=
1
1
Phương trình cân bằng vật chất:



+=
+=
DWF
DxWxFx
DWF

59,82
20,7 0,02 0,975
W D
W D
= +


= +

D= 20,42 (kmol/h).
W = 39,4 (kmol/h).
3.1. Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp[5]
 Chỉ số hồi lưu tối thiểu:
Tỉ số hồi lưu tối thiểu là chế độ làm việc mà tại đó ứng với số mâm lý thuyêt là vô cực. Do
dó, chi phí cố định là vô cực nhưng chi phí điều hành là tối thiểu.
Tỉ số hoàn lưu tối thiểu :
*

min
*
0,975 0,56
1,939
0,56 0,346
D F
F F
x y
R
y x
− −
= = =
− −
Tỉ số hoàn lưu làm việc tính theo công thức kinh nghiệm:
R = 1,5 R
min
=1.5 * 1,939 = 2,91
3.2.Phương trình đường làm việc – số mâm lý thuyết[5]
3.2.1.Phương trình đường làm việc của đoạn cất
Y=
11
+
+
+
R
x
x
R
R
D

=
2,91 0,975
0,744 0,25
2,91 1 2,91 1
x x
+ = +
+ +
Y=0,744x + 0,25
3.1.1.Phương trình đường làm việc phần chưng
1 2,929 2,91 2,929 1
0,02 1,49 0,01
1 1 2,91 1 2,91 1
W
L R L
y x x x x
R R
+ − + −
= − = − = −
+ + + +
Y = 1,49x – 0.01
Với:
59,82
2,929
20,42
F
L
D
= = =
a- Xác định số ngăn thực tế :
N

TT
=
tb
L
N
η
với
3
321
ηηη
η
++
=
tb


tb
η
: Là hàm phụ thuộc vào độ bay hơi tương đối
α
và độ nhớt
µ
của hổn hợp.

α
: Được xác định theo công thức IX .61 trang 171 sổ tay QT & TBHC tập II:

x
x
y

y
−
−
=
1
1
*
*
α

với y, x : nồng độ phần mol của Axeton trong pha hơi và pha lỏng.
Như vậy xác định độ bay hơi trong các hổn hợp như sau:
Trong hổn hợp đầu:
*
1
*
1
2,405
1
F F
F F
y x
y x
α
−
= =
−
; với x
F
=0,346; y

*
F
= 0,56
Trong sản phẩm đỉnh:

*
2
*
1
1,256;
1
D D
D D
y x
y x
α
−
= =
−
với x
D
= 0.975; y
*
D
= 0,98
Trong sản phẩm đáy:

*
3
*

1
3,127
1
W W
W W
y x
y x
α
−
= =
−
, với x
W
= 0,02; y
*
W
=0.06
Xác định độ nhớt của hổn hợp theo nhiệt độ:
Trước hết ta xác định độ nhớt của Axeton và Metanol theo nhiệt độ dựa vào bảng I .101
trang 91 sổ tay QT & TBCNHH tập I
Nhiệt độ
o
C Độ nhớt rượu Etylic Độ nhớt Aceton
t
F
=60
µ
E
= 0,591
µ

A
= 0,23
t
P
=55
µ
E
= 0,646
µ
A
= 0,238

t
W
=65
µ
E
= 0,474
µ
A
= 0,208
Độ nhớt của hổn hợp được xác định theo công thức I.12 trang 84 sổ tay QT & QBCNHH
tập I
lg
hh
µ
=x
A
lg
µ

A
+ x
E
lg
µ
E
Do đó ta có:

1
lg lg (1 )lg
F AF F EF
x x
µ µ µ
= + −
= 0,346lg0,23 + (1-0,346)lg0,591 = -0,37

→
1
µ
= 0,426

2
lg lg (1 )lg 0,975lg0,23 (1-0,975)lg0,591= -0,628
D AF P EF
x x
µ µ µ
= + − = +


2

0,235
µ
→ =
3
lg lg (1 )lg 0,02.lg0,23 (1-0,02)lg0,591 -0,236
W AW W EW
x x
µ µ µ
= + − = + =

3
0,58
µ
→ =
Như vậy ta có kết quả sau:

1
1 1
0,426*0,547 0,233 72%
µ α η
= = → =
1
2 2 2
0,235*1,256 0, 295 68%
µ α η
= = → =
3 3 3
0,58*3,127 1,813 43%
µ α η
= = → =

32,1
,
2
ηηη
xác định bằng đồ thị trang 171 sổ tay quá trình thiết bị và công nghệ hóa chất
tập II.
Suy ra hiệu suất làm việc của tháp:
1 2 3
72 68 43
61%
3 3
η η η
η
+ +
+ +
= = =
Số ngăn thực tế đoạn cất (luyện):
N
l
=15 / 0,61 =24 ngăn
Số ngăn đoạn chưng:
N
c
=5 / 0,61 = 8 ngăn
Số ngăn thực tế tháp :
N = 24 + 8 = 32 ngăn
III-CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG:
Mục đích của việc tính toán cân bằng nhiệt lượng là để xác định lượng hơi đốt cần thiết
khi đun nóng hổn hợp đầu, đun bốc hơi ở đáy tháp cũng như xác định lượng nước làm lạnh
cần thiết cho quá trình ngưng tụ làm lạnh.

Chọn nước làm chất tải nhiệt vì nó là nguồn nguyên liệu rẽ tiền, phổ biến trong thiên
nhiên và có khả năng đáp ứng yêu cầu công nghệ.
H
2
O
H
2
O
H
2
O
H
2
O
Q
y
Q
f’
Q
D1
Q
D2
Q
m2
Q
ng1
Q
m1
Q
W

Q
f
Q
P
Q
Rx
Q
ng2
Q
D1
: Lượng nhiệt do hơi nước cung cấp để đun nóng hổn hợp đầu J/h
Q
f
: Lượng nhiệt hổn hợp đầu mang vào J/h
f
Q
′
: Lượng nhiệt do hơi mang ra khỏi thiết bị đun nóng hổn hợp đầu J/h
Q
m1
: Lượng nhiệt mất mát trong quá trình đun sôi J/h
Q
y
; Lượng nhiệt hơi mang ra khỏi tháp J/h
Q
Rx
: Lượng nhiệt do lượng lỏng hồi lưu mang vào J/h
Q
p
: Nhiệt lượng do sản phẩm đỉnh mang ra J/h

Q
D2
: Nhiệt lượng cần đun nóng sản phẩm đáy J/h
Q
W
: Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra J/h
Q
m2
: Nhiệt lượng mất mát trong tháp chưng luyện J/h
Q
ng1
, Q
ng2
: Nhiệt do nước ngưng mang ra J/h.
1- CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CỦA THIẾT BỊ ĐUN NÓNG:
Phương trình cân bằng nhiệt lượng cho quá trình đun nóng:
Q
D1
+ Q
f
= Q
f
, + Q
m
+ Q
ng1

Q
D1
= D

1
1
λ
= D
1
(r
1
+
1
θ
C
1
)
với :
D
1
: Lượng hơi đốt mang vào Kg/h
1
λ
: Hàm nhiệt của hơi nước J/kg
r
1
: Ẩn nhiệt hóa hơi của hơi nước
1
θ
: Nhiệt độ nước ngưng
o
C
C
1

: Nhiệt dung riêng của nước ngưng J/kg độ
Ta có:
Q
ng1
= D
1
1
θ
C
1
Q
m
= 5% (Q
D1
- Q
ng1
) = 5% D
1
r
1
Q
f
= F t
f
C
f
Q
f
, =F t
f

,C
f
,
t
f
, :nhiệt độ sôi của hổn hợp đầu ở áp suất khí quyển
o
C
t
f
: nhiệt độ hổn hợp đầu
o
C, chọn t
f
=25
o
C
Suy ra:

1
1
95,0
),,(
r
CtCtF
D
ffff
−
=
kg/h

Tính nhiệt dung riêng của hổn hợp đầu:
C
f
25
= C
A
25
a
F
+ C
E
25
(1-a
F
)
C
A
25
,C
E
25
tra trong bảng I-153trang 171 STQT&TBCNHC tập I:
C
A
25
= 2195 J/kgđộ
C
E
25
=2537,5 J/kgđộ

C
f
25
= 2195*0,346 +2595*(1-0,346) =2467 J/kgđộ
Q
f
= F C
f
t
f
= F*25*2088,21 =F*52205,15 J/kgđộ
Tương tự ta có nhiệt dung riêng của hổn hợp đầu ở nhiệt độ sôi t
f
, = 59,36
o
C
C
f
,
59,36
= C
A
59,36
a
F
+ C
B
59,36
(1-a
F

)
C
A
59,36
= 2302,92 J/kgdộ
C
B
59,36
= 2757,12 J/kgđộ
C
f
,
59,36
= 2302,92* 0,32 + 2757,12*(1-0,32) = 2611,7 J/kgđộ
Ta chọn hơi nước bão hòa đun sôi ở áp suất p = 1 atm, t
o
= 99,1
o
C,
suy ra r
1
= 2264* 10
3
J/kg (bảng I-125 trang 314 sổ tay QTTB&CNHC tập I)
Vậy
)/(07,651
10*2267*95.0
25*246736,59*7,2611
15000
3

hKgD =
−
=
2-CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO TOÀN THÁP:

222 mngWyDRxf
QQQQQQQ
+++=++
′
a/ Nhiệt lượng do hổn hợp đầu mang vào tháp:
)/(232545768015000*36,59*7,2611 hJGtCQ
Ffff
==
′′
=
′
b/ Nhiệt lượng do hơi nước mang vào đáy tháp:
)/)((
2222222
hJCrDDQ
D
θλ
+==
D
2
: lượng hơi nước mang vào tháp Kg/h
2
λ
: Hàm nhiệt của hơi nước bão hòa J/Kg
22

,C
θ
: Nhiệt độ và nhiệt dung riêng của nước ngưng.
c/ Nhiệt lượng lỏng hồi lưu mang vào :
Q
Rx
= G
x
C
x
t
x
= G
P
R
x
C
x
t
x
(với
P
G
R
x
x
=
)
t
x

= t
P
= 55,54
o
C
C
55,54
x
: Nhiệt dung riêng của hổn hợp sau khi ngưng tụ tại sản phẩm đỉnh (J/Kg độ)
C
55,54
x
:

Được tính theo công thức sau
C
55,54
x
= C
A
a
P
+ C
B
(1- a
P
)
C
A
,C

B
: Tra bảng I-153, trang 171, 172 sổ tay QT&TBCNHH tập I ở nhiệt độ 55,54
o
C
C
A
= 2290,505 J/Kg độ
C
B
= 2739,93 J/Kg độ
Do đó C
55,54
x


= 2290,505*0,77 + 2739,93*(1-0,77) = 2393,86 J/Kg độ
Suy ra Q
Rx
= 6000*4,7*2393,86*55,54 = 3749330,56 J/h
d/ Nhiệt lượng do hơi mang ra:
hhxPhhyy
RGGQ
λλ
)1(
+==
hh
λ
: Nhiệt lượng riêng của hổn hợp hơi ở đỉnh tháp:
PPPPPhh
tCraa

+=−+=
21
)1(
λλλ
1
λ
: Hàm nhiệt của Axeton ở 55,54
o
C
2
λ
: Hàm nhiệt của Metanol ở 55,54
o
C
C
P
: Nhiệt dung riêng của hổn hợp ra khỏi tháp ở nhiệt độ 55,54
o
C
C
P
= C
Rx
= 2393,86 J/Kgđộ
r
P
: Ẩn nhiệt hóa hơi của hổn hợp ở nhiệt dộ 55,54
o
C
r

P
= r
A
a
P
+ r
B
(1- a
P
)
r
A
,r
B
: Tra bảng I-213 trang 254 sổ tay QT&TBCNHH tập I bằng phương pháp nội suy:
r
A
= 552,93 *10
3
J/Kg
r
B
= 1116,2 *10
3
J/Kg
)/(10*38,65910*2,1116*)77,01(77,0*10*93,552
333
kgJr
P
=−+=⇒

Suy ra
hh
λ
= r
P
+ C
P
t
P
=659,38*10
3
+ 2393,86*55,54 = 792335 J/Kg
Vậy Q
y
= G
P
(R
x
+ 1)
hh
λ
= 6000*(4,7+1)*792335 =24578,23*10
6
J/h
e/ Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra:
Q
W
= G
W
C

W
t
W
J/h
C
W
: được xác định theo công thức:
)1(
303,64303,64303,64
WBWAW
aCaCC
−−=
C
A
, C
B
: tra bảng I - 153 trang 171 sổ tay QT&TBCNHH tập I bằng phương pháp nội suy
ở nhiệt độ 64,303
o
C:
C
A
= 2318,985 J/kgđộ
C
B
= 2781,515 J/kgđộ
Suy ra C
W
= 2318,985*0,02 + 2781,515*(1-0,02) = 2772,26 J/kgđộ
Vậy Q

W
= 9000*2772,26*64,303 = 1604381713 J/h
f/ Nhiệt lượng do nước ngưng mảng ra :

2222
θ
CDQ
ng
=
J/h
g/ Nhiệt lượng do tổn thất ra môi trường xung quanh :
Q
m2
= 0,95D
2
r
2
J/h
Vậy
)/(48,11090
10*2264*95,0
10)7493,345,232538,160423,24578(
95,0
3
6
2
2
hJ
r
QQQQ

D
RxfWy
=
−−+
=
−
′
−+
=
3- CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO THIẾT BỊ NGƯNG TỤ:
Sử dụng thiết bị ngưng tụ hoàn toàn:
Phương trình cân bầng nhiệt lượng:
P (R
x
+ 1 ) r = G
n1
C
n
(t
2
- t
1
) công thức 13-62 trang 111 sổ tay
QT&TBCNHH tập II:
Chọn nhiêt độ vào của nước làm lạnh t
1
=25
o
C và nhiệt độ ra t
2

= 40
o
C
Do đó nhiệt độ trung bình:

C
tt
t
o
tb
5,32
2
4025
2
21
=
+
=
+
=
Giả thiết rằng nhiệt lượng do hơi ngưng tụ ở thiết bị ở nhiệt độ t
P
= 60
o
C sẽ truyền hoàn
toàn cho nước đễ tăng nhiệt độ từ 25 đến 40
o
C
Do đó r = r
P

= 659,38 *10
3
J/kg
P= 6000 Kg/h; R
x
= 4,7
C
n
: nhiệt dung riêng của nước tra bảng I-147 trang 165 sổ tay QT&TBCNHHH tập I ở
nhiệt độ 32,5
o
C
C
n
= 0,99861 Kcal/kg độ = 4180 J/kgđộ
Vậy lượng nước làm lạnh:

)/(66,359
)2540(*4180
10*38,659)7,41(6000
3
1
hkgG
n
=
−
+
=
4- CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO THIẾT BỊ LÀM LẠNH:


)()(
12221
ttCGCttP
nnP
−=
′
−
′
C
P
: nhiệt dung riêng sản phẩm đỉnh, theo trên ta có: C
P
= 2393,86 J/kgđộ
Ctt
o
P
54,55
1
==
′
,
Ct
o
25
2
=
′
t
1
=25

o
C, t
2
= 40
o
C, C
n
=4180J/kgđộ
Suy ra:
)/(4695
)2540(4180
86,2393*)2554,55(6000
)(
)(
12
21
2
hkg
ttC
CttP
G
n
P
n
=
−
−
=
−
′

−
′
=
Vậy tổng lượng nước làm lạnh dùng trong quá trình trao đổi nhiệt:
G
n
= G
n1
+ G
n2
= 359,66 + 4695 = 5054,66 Kg/h
B- THÔNG SỐ CHÍNH CỦA THÁP
I- ĐƯỜNG KÍNH THÁP:
Đường kính tháp được tính theo công thức:

tb
tb
W
V
D
*3600*
4
π
=
(m) công thức (IX-89)
V
tb
: Lượng hơi trung bình đi trong tháp (m
3
/h)

W
tb
: Vận tốc hơi trung bình đi trong tháp (m/s)
1- ĐƯỜNG KÍNH DOẠN LUYỆN:
a/ Lưu lượng hơi trung bình trong đoạn luyện:
Được tính theo công thức sau:

2
1
gg
g
d
tb
+
=
(IX - 91) sổ tay QT&TBCNHH tập II
g
đ
: Lượng hơi ra khỏi tháp ở đĩa trên cùng (kg/h)
g
1
: lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện kg/h
Áp dụng phương trình cân bằng vật liệu, nhiệt lượng cho đĩa thứ nhất của đoạn luyện:
g
1
= G
1
+ G
P
(IX -93)

g
1
y
1
= G
1
x
1
+ G
P
x
P
(IX -94)
g
1
r
1
= g
đ
r
đ
(IX -95)
Với: y
1
: Hàm lượng hơi của đĩa thứ nhất đoạn luyện
x
1
: Hàm lượng lỏng ở đĩa thứ nhất đoạn luyện
Ta có: G
D

= 1178,01kg/h
G
F
= 3000 kg/h
x
1
= x
F
= 0.346 (phần mol) = 0.4 (phần khối lượng)
g
đ
= G
X
+ G
P
= G
P
(R
X
+ 1) = 1178,01(2,91+1) = 4606,02(kg/h )
r
1
: Ẩn hiệt hóa hơi của hổn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn luyện
r
đ
: Ẩn nhiệt hóa hơi của hổn hợp đi ra khỏi đỉnh tháp
r
1
= r
a

y
a
+ r
b
(1- y
a
)
r
đ
= r
a
y
đ
+ r
b
(1 - y
đ
) ( công thức trang số 182 sổ tay QT&TBCNHH tập II)
r
a
,r
b
: Ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử Axeton và Etanol nguyên chất
Ở nhiệt độ t
F
= 60
o
C, ta tra bảng I-212 trang 254 sổ tay QT&TBCNHH tập I
r
a

= 519163,2 ( J/kg)
r
b
= 879228 ( J/kg)
y
a
= y
F
= 0,56 (phần mol)
Do đó tính được: r
1
=519163,2*y
1
+ 879228*(1-y
1
) (J/kg)
Ở nhiệt độ t
P
=55
o
C ta cũng có:
r
a
= 523350

(J/kg)
r
b
= 883414,8 (J /kg )