ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa

Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

1
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU 4
Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG 5
1.1: LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN: 5
1.1.1: Phương pháp chưng luyện: 5
1.1.2. Thiết bị chưng luyện: 6
1.2.GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG LUYỆN: 6
1.2.1.Axit propinic 6
1.2.2. Nước (H2O) 8
1.3. DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 11
Chương 2: TÍNH TOÁN THI
ẾT BỊ CHÍNH 13
2.1. TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT LIỆU TOÀN THIẾT BỊ: 13
2.1.1.Cân bằng vật liệu 14
2.1.2.Tính chỉ số hồi lưu tối thiểu 15
2.1.3.Tính chỉ số hồi lưu thích hợp 17
2.1.4.Số đĩa lý thuyết. 27
2.1.5.Phương trình đường nồng độ làm việc: 27
2.2. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP 28
2.2.1.Lượng hơi trung bình các dòng pha đi trong tháp. 28
2.2.2.Khối lượ
ng riêng trung bình 33
2.2.3. Vận tốc hơi đi trong tháp 36
2.2.4. Tính đường kính tháp 36
2.3. TÍNH CHIỀU CAO THÁP 37
2.3.1. Hệ số khuếch tán 37

2.3.2. Hệ số cấp khối 39
2.3.3. Hệ số chuyển khối, đường cong động học, số đĩa thực tế: 42
2.3.4. Hiệu suất tháp, chiều cao tháp 47
2.4. TÍNH TRỞ LỰC THÁP 49
ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa

Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

2
2.4.1. Trở lực của đĩa khô 49
2.4.2. Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt. 50
2.4.3. Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa 51
2.4.4. Trở lực của tháp 51
2.5. TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 52
2.5.1. Tính cân bằng nhiệt trong thiết bị gia nhệt hỗn hợp đầu: 52
2.5.2. Tính cân bằng nhiệt lượng toàn tháp chưng luyện 54
2.5.3. Tính cân bằng nhi
ệt lượng trong thiết bị ngưng tụ: 57
2.5.4. Tính cân bằng nhiệt lượng trong thiết bị làm lạnh 58
Chương 3. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ 60
3.1. TÍNH TOÁN THÂN THÁP: 60
3.1.1. Áp suất trong thiết bị. 60
3.1.2. Ứng suất cho phép 61
3.1.3 Tính hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc: 61
3.1.4. Đại lượng bổ sung. 62
3.1.5. Chiều dày thân tháp. 62
3.2. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH CÁC ỐNG DẪN 63
3.2.1. Đường kính ống chảy chuyền 64
3.2.2. Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu vào tháp 64
3.2.3. Đường kính ống dẫn hơi đỉnh tháp. 65

3.2.4. Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy. 65
3.2.5.Đường kính ống dẫn hơi ngưng tụ hồi lưu 66
3.2.6. Đường kính ống dẫn hơi sản phẩm đáy hồi lưu. 67
3.3. TÍNH ĐÁY VÀ NẮP THIẾ
T BỊ 67
3.4 CHỌN MẶT BÍCH 70
3.4.1. Chọn mặt bích để nối thân tháp và nắp, đáy 70
3.4.2. Chọn mặt bích để nối ống dẫn thiết bị: 70
3.5. TÍNH VÀ CHỌN GIÁ ĐỠ, TAI TREO 71
ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa

Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

3
3.5.1. Tính khối lượng toàn bộ tháp 71
3.5.2. Tính tai treo 74
Chương 4. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 77
4.1 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐẦU 77
4.1.1. Tính hiệu số nhiệt độ trung bình 77
4.1.2. Tính lượng nhiệt trao đổi 78
4.1.3. Tính hệ số cấp nhiệt. 78
4.2. TÍNH BƠM VÀ THÙNG CAO VỊ 85
4.2.1. Tính các trở lực 86
4.2.2. Tính chiều cao thùng cao vị so với đĩa tiếp li
ệu 94
4.2.3. Tính và chọn bơm 95
KẾT LUẬN 99
















ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa

Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

4
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nền công
nghiệp đã mang lại cho con người những lợi ích vô cùng to lớn về vật chất
và tinh thần. Để nâng cao đời sống nhân dân, để hòa nhập chung với sự phát
triển chung của các nước trong khu vực cũng như trên thế giới Đảng và Nhà
nước ta đã đề ra mục tiêu công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước.
Trong tiến trình công nghiệp hóa hiện đạ
i hóa đất nước những ngành
mũi nhọn như công nghệ thông tin, công nghệ sinh học, công nghệ điện tử
tự động hóa…công nghệ hóa giữ vai trò quan trọng trong việc sản xuất các
sản phẩm phục vụ cho nền kinh tế quốc dân, tạo tiền đề cho nhiều ngành
khác phát triển.
Khi kinh tế phát triển thì nhu cầu của con người ngày càng tăng. Do

vậy các sản phẩm cũng đòi hỏi cao hơn, đa d
ạng hơn, phong phú hơn, theo
đó công nghệ sản xuất cũng phải nâng cao. Trong công nghệ hóa học nói
chung việc sử dụng hóa chất có độ tinh khiết cao là yếu tố căn bản tạo ra
sản phẩm có chất lượng cao. Có nhiều phương pháp khác nhau để làm tăng
nồng độ, độ tinh khiết như: chưng cất, cô đặc, trích ly. Tùy vào tính chất
của hệ mà ta lựa chọn phương pháp thích hợp.
ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa

Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

5
Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1: LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN:
1.1.1: Phương pháp chưng luyện:
Chưng luyện là một phương pháp nhằm để phân tách một hỗn hợp khí
đã hóa lỏng dựa trên độ bay hơi tương đối khác nhau giữa các cấu tử thành
phần ở cùng một áp suất.
Phương pháp chưng luyện này là một quá trình trong đó hỗn hợp được
bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần. Kết quả cuối cùng ở
đỉnh tháp ta thu được
một hỗn hợp gồm hầu hết các cấu tử dễ bay hơi và nồng độ đạt yêu cầu.
Phương pháp chưng luyện cho hiệu suất phân tách cao, vì vậy nó được sử
dụng nhiều trong thực tế.
Dựa trên các phương pháp chưng luyện liên tục, người ta đưa ra nhiều
thiết bị phân tách đa dạng như tháp chóp, tháp đĩa lỗ không có ống chảy
truyền, tháp đĩa l
ỗ có ống chảy truyền, tháp đệm… Cùng với các thiết bị ta
có các phương pháp chưng cất là:
a. Áp suất làm việc:

- Chưng cất ở áp suất thấp.
- Chưng cất ở áp suất thường.
- Chưng cất ở áp suất cao.
Nguyên tắc của phương pháp này là dựa trên nhiệt độ sôi của các cấu
tử: nếu nhiệt độ sôi của các cấu tử quá cao thì giảm áp su
ất làm việc để
giảm nhệt độ sôi của các cấu tử.
b. Nguyên lý làm việc: có thể làm việc theo nguyên lý liên tục hoặc
gián đoạn:
• Chưng gián đoạn: phương pháp này được sử dụng khi:
Nhiệt độ sôi của các cấu tử khác xa nhau.
Không cần đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao
Tách hỗn hợp lỏng ra khỏi tạp chất không bay hơi.
Tách sơ bộ hỗ
n hợp nhiều cấu tử.
• Chưng liên tục: là quá trình được thực hiện liên tục nghịch
dòng và nhiều đoạn.
ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa

Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

6

1.1.2. Thiết bị chưng luyện:
Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp khác nhau nhưng
chúng đều có một yêu cầu cơ bản là diện tích tiếp xúc bề mặt pha lớn.
Tháp chưng cất phong phú về kích cỡ và ứng dựng. Các tháp lớn
thường được sử dụng trong công nghệ lọc hóa dầu. Đường kính tháp phụ
thuộc vào lượng pha lỏng và lượng pha khí, độ tinh khiết của sản ph
ẩm.

Mỗi loại tháp chưng lại có cấu tạo riêng, có ưu điểm và nhược điểm khác
nhau, vậy ta phải chọn loại tháp nào cho phù hợp với hỗn hợp cấu tử cần
chưng và tính toàn kích cỡ của thết bị cho phù hợp với yêu cầu.
Trong đồ án này em được giao thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại
tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp hai c
ấu tử là Nước –
axitpropionic, chế độ là việc ở áp suất thường với hỗn hợp đầu vào ở nhiệt
độ sôi.
1.2.GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG LUYỆN:
1.2.1.Axit propinic

Axít propinic là một axít cacboxylic có nguồn gốc tự nhiên với công
thức hóa học CH
3
CH
2
COOH. Ở trạng thái tinh khiết và trong điều kiện
thông thường, nó là một chất lỏng không màu có tính ăn mòn và mùi hăng.
• Lịch sử:
Axít propinic lần đầu tiên được Johann Gottlieb miêu tả năm 1844.
Ông là người đã tìm thấy nó trong số các sản phẩm phân hủy của đường.
Trong khoảng thời gian vài năm sau đó, các nhà hóa học khác cũng tạo ra
axít propinic theo các cách khác nhau, nhưng không có ai trong số họ nhận
ra rằng họ đã tạo ra cùng một hợp ch
ất. Năm 1847, nhà hóa học người Pháp
là Jean-Baptiste Dumas đã chứng minh được tất cả các axít trên đây chỉ là
một hợp chất và ông gọi nó là axít propinic, lấy theo tiếng Hy Lạp protos =
"đầu tiên" và pion = "béo", do nó là axít với công thức tổng quát
H(CH
2

)
n
COOH nhỏ nhất có các tính chất của một axít béo, chẳng hạn như
sự tạo ra một lớp váng mỡ khi bị kết tủa bởi muối và có muối với kali có
tính chất giống xà phòng.
• Tính chất:
Axít propinic có các tính chất vật lý trung gian giữa các tính chất của
các axít cacboxylic nhỏ hơn như axít fomic và axít axetic, với các axít béo
ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa

Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

7
lớn hơn. Nó hòa tan trong nước với bất kì tỉ lệ nào nhưng có thể bị loại ra
khỏi nước bằng cách cho thêm muối.
Phân tử gam: 74,08 g/ml
Tỉ trọng: 0,99 g/cm
3
Điểm nóng chảy: -20,7
0
C
Điểm sôi: 141,1
0
C
Tính chất hóa học: axít propinic thể hiện các tính chất chung của axít
cacboxylic, và tương tự như phần lớn các axít cacboxylic khác, nó tạo ra
các hợp chất amit, este, anhyđrit và clorua. Nó cũng có thể tham gia phản
ứng halôgen hóa pha alpha với brôm khi có mặt PBr
3
làm chất xúc

tác (phản ứng HVZ) để tạo ra CH
3
CHBrCOOH.
• Sản xuất:
Trong công nghiệp, axit propinic thông thường được sản xuất từ phản
ứng ôxi hóa của propionalđehit bằng không khí.

Phản ứng được tiến hành trong pha lỏng, có mặt các muối của mangan
hoặc coban, xảy ra theo cơ chế gốc chuỗi, nhiệt độ 40 – 50
0
C
Một lượng lớn axít propionic đã từng được sản xuất như là phụ phẩm
của việc sản xuất axit axetic, nhưng ngày nay thì nó chỉ là một nguồn rất
nhỏ trong sản xuất axít propionic. Nhà sản xuất lớn nhất thế giới hiện nay
là BASF, với công suất khoảng 80 ktpa.
Axit propioic có thể được sản xuất bằng phương pháp cacbonyl hóa.
Cho anken tác dụng với nước và CO.

Axit propionic cũng được tạo ra theo phương pháp sinh học từ sự phân
hủy do trao đổi chất của các axít béo chứa số lẻ các nguyên tử cacbon, cũng
như từ sự phân hủy của một số axít amin. Các vi khuẩn thuộc
chi Propionibacterium cũng tạo ra axít propionic như là sản phẩm cuối cùng
trong hoạt động trao đổi chất kỵ khí của chúng. Các vi khuẩn này được tìm
thấy rất phổ biến trong dạ dày của các động vật nhai l
ại, và hoạt động của
chúng là một phần nguyên nhân tạo ra mùi vị của cả pho mát Thụy
Sỹ và mồ hôi.
• Ứng dụng:
ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa


Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

8
Axit propionic ngăn cản sự phát triển của mốc và một số vi khuẩn. Do
vậy, phần lớn axit propionic được sản xuất để sử dụng làm chất bảo
quản trong công nghiệp thực phẩm. Đối với thức ăn cho gia súc, nó dược sử
dụng hoặc là trực tiếp hoặc dưới dạng muối amoni. Đối với thực phẩm dành
cho con người, đặc biệt là bánh mì và các sản phẩm nướng khác, nó
được
dùng dưới dạng các muối natri hay canxi.
Axit propionic cũng là một hóa chất trung gian có ích. Nó có thể sử
dụng để thay đổi các sợi xenlulozo tổng hợp. Nó cũng được dùng để sản
xuất một số thuốc trừ sâu và dược phẩm. Các este của axit propionic đôi khi
được dùng làm dung môi hay các chất tạo mùi nhân tạo.
1.2.2. Nước (H2O)
Nước là một hợp chất hóa học của oxy và hidro, có công thức hóa học
là H
2
O. Với các tính chất lý hóa đặc biệt (ví dụ như tính lưỡng cực, liên kết
hiđrô và tính bất thường của khối lượng riêng) nước là một chất rất quan
trọng trong nhiều ngành khoa học và trong đời sống; 70% diện tích của Trái
Đất được nước che phủ nhưng chỉ 0,3% tổng lượng nước trên Trái Đất nằm
trong các nguồn có thể khai thác dùng làm nước uống.
• Cấu tạo:
Phân tử nước bao gồm hai nguyên t
ử hidro và một nguyên tử oxy. Về
mặt hình học thì phân tử nước có góc liên kết là 104,45°. Do các cặp điện tử
tự do chiếm nhiều chỗ nên góc này sai lệch đi so với góc lý tưởng của hình
tứ diện. Chiều dài của liên kết O-H là 96,84 picomet.







• Tính lưỡng cực:
Oxy có độ âm điện cao hơn hidro. Việc cấu tạo thành hình ba góc và
việc tích điện từng phần khác nhau của các nguyên tử đ
ã dẫn đến cực tính
dương ở các nguyên tử hiđrô và cực tính âm ở nguyên tử oxy, gây ra sự
lưỡng cực. Dựa trên hai cặp điện tử đơn độc của nguyên tử ôxy, lý thuyết
VSEPR đã giải thích sự sắp xếp thành góc của hai nguyên tử hiđrô, việc tạo
thành mô men lưỡng cực và vì vậy mà nước có các tính chất đặc biệt. Vì
ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa

Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

9
phân tử nước có tích điện từng phần khác nhau nên một số sóng điện từ
nhất định như sóng cực ngắn có khả năng làm cho các phân tử nước dao
động, dẫn đến việc nước được đun nóng. Hiện tượng này được áp dụng để
chế tạo lò vi sóng.
• Liên kết hiđrô:
Các phân tử nước tương tác lẫn nhau thông qua liên kết hiđrô và nhờ
vậy có lực hút phân tử lớ
n. Đây không phải là một liên kết bền vững. Liên
kết của các phân tử nước thông qua liên kết hidro chỉ tồn tại trong một phần
nhỏ của một giây, sau đó các phân tử nước tách ra khỏi liên kết này và liên
kết với các phân tử nước khác.
Đường kính nhỏ của nguyên tử hidro đóng vai trò quan trọng cho việc

tạo thành các liên kết hidro, bởi vì chỉ có như vậy nguyên tử hidro mới có
thể đến gần nguyên tử oxy mộ
t chừng mực đầy đủ. Các chất tương đương
của nước, thí dụ như dihidro sulfua (H
2
S), không tạo thành các liên kết
tương tự vì hiệu số điện tích quá nhỏ giữa các phần liên kết. Việc tạo chuỗi
của các phân tử nước thông qua liên kết cầu nối hidro là nguyên nhân cho
nhiều tính chất đặc biệt của nước, thí dụ như nước mặc dù có khối lượng
mol nhỏ vào khoảng 18 g/mol vẫn ở thể lỏng trong điều kiện tiêu chuẩn.
Ngược lại, H
2
S tồn tại ở dạng khí cùng ở trong những điều kiện này. Nước
có khối lượng riêng nhỏ nhất ở 4 độ Celcius và nhờ vào đó mà băng đá có
thể nổi lên trên mặt nước; hiện tượng này được giải thích nhờ vào liên kết
cầu nối hiđrô











• Các tính chất hóa lý của nước:
ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa


Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

10
Cấu tạo của phân tử nước tạo nên các liên kết hiđrô giữa các phân tử là
cơ sở cho nhiều tính chất của nước. Cho đến nay một số tính chất của nước
vẫn còn là câu đố cho các nhà nghiên cứu mặc dù nước đã được nghiên cứu
từ lâu.
Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của nước đã được Anders Celsius
dùng làm hai điểm mốc cho độ bách phân Celcius. Cụ thể, nhiệt độ nóng
chảy của nước là 0 độ Celcius, còn nhiệt độ sôi (760 mm Hg) bằng 100 độ
Celcius. Nước đóng băng được gọi là nước đá. Nước đã hóa hơi được gọi là
hơi nước. Nước có nhiệt độ sôi tương đối cao nhờ liên kết hiđrô
Dưới áp suất bình thường nước có khối lượng riêng (tỷ trọng) cao nhất
là ở 4 °C: 1 g/cm³ đó là vì nước vẫn tiếp tục giãn nở khi nhiệt độ
giảm
xuống dưới 4 °C. Điều này không được quan sát ở bất kỳ một chất nào
khác. Điều này có nghĩa là: Với nhiệt độ trên 4 °C, nước có đặc tính giống
mọi vật khác là nóng nở, lạnh co; nhưng với nhiệt độ dưới 4 °C, nước lại
lạnh nở, nóng co. Do hình thể đặc biệt của phân tử nước (với góc liên kết
104,45°), khi bị làm lạnh các phân tử phải dời xa ra để tạ
o liên kết tinh thể
lục giác mở. Vì vậy mà tỉ trọng của nước đá nhẹ hơn nước thể lỏng.
Khi đông lạnh dưới 4 °C, các phân tử nước phải dời xa ra để tạo liên
kết tinh thể lục giác mở.
Nước là một dung môi tốt nhờ vào tính lưỡng cực. Các hợp chất phân
cực hoặc có tính ion như axít, rượu và muối đều dễ tan trong nước. Tính
hòa tan của nước đóng vai trò r
ất quan trọng trong sinh học vì nhiều phản
ứng hóa sinh chỉ xẩy ra trong dung dịch nước.
Nước tinh khiết không dẫn điện. Mặc dù vậy, do có tính hòa tan tốt,

nước hay có tạp chất pha lẫn, thường là các muối, tạo ra các ion tự do trong
dung dịch nước cho phép dòng điện chạy qua.
Về mặt hóa học, nước là một chất lưỡng tính, có thể phản ứng như một
axit hay bazơ. Ở 7 pH (trung tính) hàm lượng các ion hydroxyt (OH
-
) cân
bằng với hàm lượng của hydronium (H
3
O
+
). Khi phản ứng với một axit
mạnh hơn thí dụ như HCl, nước phản ứng như một chất kiềm:
HCl + H
2
O ↔ H
3
O
+
+ Cl
-
Với ammoniac nước lại phản ứng như một axit:
NH
3
+ H
2
O ↔ NH
4
+
+ OH
-


ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa

Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

11
1.3. DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT

Hình 1.1. Sơ đồ dây chuyền công nghê chưng luyện liên tục






H¬i ®èt
N−íc ng−ng
1
2
3
4
5
10
6
7
8
9
H¬i ®èt
N−íc l¹nh
N−íc

N−íc ng−ng
11
11
N−íc l¹nh
N−íc
ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa

Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

12
CHÚ THÍCH:
1. Thùng chứa hỗn hợp đầu 7. Thiết bị làm lạnh sản phẩm
đỉnh
2. Bơm 8. Thùng chứa sản phẩm đỉnh
3. Thùng cao vị 9. Thiết bị gia nhiệt đáy tháp
4. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp
đầu
10. Thùng chứa sản phẩm đáy
5. Tháp chưng luyện 11. Thiết bị tháo nước ngưng
6. Thiết bị ngưng tụ hồi lưu

THUYẾT MINH:
Dung dịch đầu ở thùng (1) được bơm (2) bơm liên tục lên thùng cao vị
(3), mức chất lỏng cao nhất ở thùng cao vị được khống chế nhờ ống chảy
tràn, từ thùng cao vị dung dịch được đưa vào thiết bị đun nóng (4) qua lưu
lượng kế (11), ở đây dung dịch được đun nóng đến nhiệt độ sôi bằng hơi
nước bão hoà, từ thiét bi gia nhiệt (4) dung dịch được
đưa vào tháp chưng
luyện (5) nhờ đĩa tiếp liệu, trong tháp hơi đi từ dưới lên gặp chất nỏng đi từ
trên xuống, nhiệt độ và nồng độ các cấu tử thay đổi theo chiều cao của tháp.

Vì vậy hơi từ đĩa phía dưới lên đĩa phía trên, các cấu tử có nhiệt độ sôi cao
sẽ được ngưng tụ lại và cuối cùng trên đỉnh ta thu được hỗn hợp gồm hầu
hết các cấu tử dễ bay hơi. Hơi đó đi vào thiết bị ngưng tụ hồi lưu (6), ở đây
nó được ngưng tụ lại.
Một phần chất lỏng đi qua thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh đến nhiệt
độ cần thiết rồi đi vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (8), một phần khác hồi lưu
về tháp ở đĩa trên cùng.
Chấ
t lỏng đi từ trên xuống gặp hơi có nhiệt độ cao hơn, một phần cấu
tử có nhiệt độ sôi thấp được bốc hơi và do đó nồng độ cấu tử khó bay hơi
trong chất lỏng ngày càng tăng và cuối cùng ở đáy tháp ta thu dược hỗn hợp
lỏng gồm hầu hết là cấu tử khó bay hơi. Chất lỏng đi ra khỏi tháp được làm
lạnh rồi
đi vào thùng chứa sản phẩm đáy (10). Như vậy với thiết bị làm việc
liên tục thì hỗn hợp đầu được đưa vào liên tục và sản phẩm cũng được tháo
ra liên tục.

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa

Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

13

Chương 2: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
2.1. TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT LIỆU TOÀN THIẾT BỊ:
• Kí hiệu các đại lượng như sau:
F : lượng nguyên liệu đầu (kmol/h)
P : lượng sản phẩm đỉnh (kmol/h)
W: lượng sản phẩm đáy (kmol/h)
x

F
: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu
x
P
: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đỉnh
x
W
: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy
• Giả thiết:
+ Số mol pha hơi đi từ dưới lên là bằng nhau trong tất cả mọi tiết diện
của tháp.
+ Số mol chất lỏng không thay đổi theo chiều cao đoạn chưng và đoạn
luyện.
+ Hỗn hợp đầu đi vào tháp ở nhiệt độ sôi.
+ Chất l
ỏng ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ có thành phần bằng thành
phần của hơi đi ra ở đỉnh tháp.
+ Cấp nhiệt ở đáy tháp băng hơi đốt gián tiếp.
• Yêu Cầu thiết bị:
F: Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu =15(tấn/giờ)
Thiết bị làm việc ở áp suất thường (P = 1 at)
Tháp chưng loại: tháp đĩa lỗ có ống chả
y chuyền
• Điều kiện:
a
F
: Nồng độ nước trong hỗn hợp đầu = 0,28 (phần khối lượng)
a
P
: Nồng độ nước trong sản phẩm đỉnh = 0.80 (phần khối lưọng)

a
W
: Nồng độ nước trong sản phẩm đáy = 0,02 (phần khối lượng)
M
A
: Khối lượng phân tử của nước = 18 (kg/kmol)
M
B
: Khối lượng phân tử của axit propinic = 74 (kg/kmol)
ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa

Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

14
• Đổi từ phần khối lượng sang phần mol:
x

F
=
a

F
/M

A
a

F
/M


A
+(100-a

F
)/M

B
=
28 / 18
28 / 18 + 72 / 74
= 0,6152 (phần mol)
x

P
=
a

P
/ M

A
a

P
/ M

A
+ (100 - a

P

) / M

B
=
80 / 18
80 /18 + 20 / 72
= 0,94267(phần mol)
x

W
=
a

W
/ M

A
a

W
/ M

A
+ (100 - a

W
) / M

B
=

2 / 18
2 / 18 + 98 / 74
= 0,0774 (phần mol)
• Tính khối lượng mol trung bình:
Áp dụng công thức: M = x.M

A
+ (1 - x).M

B

Ta có :
M

F
= 0,6152.18 + (1 - 0,6152).74 = 39,5488 (kg / kmol)
M

P
= 0,94267.18 + (1 - 0,94267).74 = 21,21 (kg / kmol)
M

W
= 0,0774.18 + (1 - 0,0774).74 = 69,6656 (kg/kmol)
2.1.1.Cân bằng vật liệu
Hỗn hợp đầu vào F (nước – axit propionic) được phân tách thành sản
phẩm đỉnh P (nước), và sản phẩm đáy W (axit propionic). Ở đĩa trên cùng
có 1 lượng lỏng hồi lưu, ở đáy tháp có thiết bị đun sôi. Lượng hơi đi ra đỉnh
tháp D
o

.
Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống chưng

DU
D0
F,xF
D, yD
P,xP
L0
LU
W,x W
ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa

Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

15
Phương trình cân bằng vật liệu:
G

F
= G

P
+ G

W

Trong đó:
- G


F
là lượng hỗn hợp đầu đi vào tháp (kg / h)
- G

P
là lượng sản phẩm đỉnh (kg / h)
- G

W
là lượng sản phẩm đáy (kg / h)
Phương trình cân bằng vật liệu cho cấu tử dễ bay hơi (H
2
O):
G

F
.a
F
= G

P
.a
P
+ G

W
.a
W
Theo đề bài:
Lượng hỗn hợp đầu:

G

F
= 15.10
3
(kg / h)=
15.10
3

39,5488
= 379,378 (kmol / h)
Lượng sản phẩm đỉnh:
G

P
=G

F
.
a

F
- a

W
a

P
- a


W
= 15.10
3
.
0,28 - 0,02
0,80 - 0,02
= 5000 (kg / h)
=>G

P
=
5000
21,21
= 235,737 (kmol / h)
Lượng sản phẩm đáy:
G

W
= F.
a

P
- a

F
a

P
- a


W
=15.10
3
.
0,80 - 0,28
0,80 - 0,02
= 10000 (kg / h)
=> G

W
=
10000
69,6656
= 143,543 (kmol / h)
2.1.2.Tính chỉ số hồi lưu tối thiểu
Từ số liệu bảng IX.2a (Sổ tay QT&TBCNHC-2 trang 148) ta có thành
phần cân bằng lỏng hơi của nước - axitpropionic được cho theo bảng sau
Từ bảng số liệu trên ta vẽ được đồ thị y - x, từ đó xác định được chỉ số hồi
lưu tối thiểu:
x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
y 0 22 37 54,5 66 74,9 80,5 84,4 87,5 90,3 93,2 100
t 141,4 117,2 109,0 104,2 102,2 101,1 100,4 100,0 99,7 99,1 99,6 100
ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa

Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

16

























Hình 2.2. Đồ thị y – x xác định số đĩa lý thuyết
Với giá trị x

F
= 0,6152 ta kẻ đường song song với trục y và cắt đường
cân bằng, từ đó ta kẻ đường song song với trục x cắt trục y tại B và ta xác
định được giá trị y
*


F

= 0,848956. Từ đó ta tính được R

min
:
R

min
=
x

P
- y
*

F
y
*

F

- x

F

=
0,94267 - 0,848956
0,848956 - 0,6152
= 0,4009

x
W

x
F

β

max

y
*

F


ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa

Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

17
2.1.3.Tính chỉ số hồi lưu thích hợp
Chỉ số hồi lưu làm việc thường được xác định thông qua chỉ số hồi lưu
tối thiểu:
min
.RR
β
=

Trong đó: β: hệ số dư hay hệ số hiệu chỉnh.

Tính gần đúng ta lấy chỉ số hồi lưu làm việc bằng:
min
(1, 2 2,5).
R
R=÷

Ta biết R
min
, cho β biến thiên bất kì trong khoảng (1,2÷2,5), tính được
R tương ứng. Ở mỗi R tương ứng ta vẽ đường làm việc và vẽ các bậc thay
đổi nồng độ lý thuyết N.
Dưới đây là các đồ thị xác định số đĩa lí thuyết trên cơ sở đường cân
bằng,
P
x
,
F
x
,
W
x
. Đường làm việc đoạn luyện đi qua điểm (
P
x
,
P
y
) và cắt
trục tung tại điểm có tung độ B =
x


P
R + 1
, đường làm việc đoạn chưng đi qua
giao điểm của đường làm việc đoạn luyện với đường
F
x
const=
và điểm
(
W
x
,
W
y
). Vẽ các tam giác như hình ta thu được số đĩa lý thuyết.

















ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa

Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

18




























β
1
= 1,2; R= β.R

min
= 0,48108; B = 0,63647; N = 24
Hình 2.3. Đồ thị y – x xác định số đĩa lý thuyết

x

W
x
P
x
F

y
*

F


B

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa


Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

19





























β = 1,6; R

th
= R

min
β = 0,64144; B = 0,57429; N = 13
Hình 2.4. Đồ thị y – x xác định số đĩa lý thuyết
x
F
x
P

x

W

y
*


F

B

5

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa


Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

20


























β = 1,8; R


th
= 0,72162; B

7
= 0,54755; N = 11
Hình 2.5. Đồ thị y – x xác định số đĩa lý thuyết


x
P
x
F

B

7

y*

F

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa

Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

21





























β = 2,0; R

th
= 0,8018; B


9
= 0,52318; N = 10
Hình 2.6. Đồ thị y – x xác định số đĩa lý thuyết
x
F
x
P
x

W

y*

F

B

9

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa

Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

22





























β = 2,2; R

th
= 0,88198; B

11
= 0,50089; N = 9
Hình 2.7. Đồ thị y – x xác định số đĩa lý thuyết

x
P
x
F
x

W

B

11

y*

F

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa

Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

23


























β = 2,3; R

th
= 0,92207; B

12
= 0,590445; N = 9
Hình 2.8. Đồ thị y – x xác định số đĩa lý thuyết

x
P
x

W

x
F

B

12

y*

F

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa

Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

24

























β = 2,4; R

th
= 0,96216; B

13
= 0,480402; N = 9
Hình 2.9. Đồ thị y – x xác định số đĩa lý thuyết


x

x

W

B

13


y*

F

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa

Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

25

























β = 2,5; R

th
= 1,00225; B

14
= 0,470805; N = 9
Hình 2.10. Đồ thị y – x xác định số đĩa lý thuyết
x
P
x
F
x

W

B

14

y*

F