LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, trong bối cảnh các nền kinh tế trên thế giới đều phát triển không ngừng,
khoa học kỹ thuật ngày càng thể hiện vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực của đời sống nói
chung và kinh tế nói riêng. Một trong những ngành có đóng góp vô cùng to lớn là ngành công
nghiệp hoá học, đặc biệt là ngành sản xuất các hoá chất cơ bản.
Hiện nay, các ngành công nghiệp cần sử dụng rất nhiều hoá chất có độ tinh khiết cao.
Nhu cầu này đặt ra cho các nhà sản xuất hoá chất phải chọn lựa sử dụng nhiều phương pháp
để nâng cao độ tinh khiết của sản phẩm như : trích ly, chưng cất, cô đặc, hấp thu … Tuỳ theo
đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà chọn phương pháp cho phù hợp. Đối với hệ Clorofom -
Benzen là hệ 2 cấu tử tan lẫn vào nhau, ta chọn phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh
khiết cho sản phẩm.
Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị là một môn học mang tính tổng hợp trong quá
trình học tập của các kỹ sư Công nghệ Hóa học tương lai. Môn học giúp sinh viên giải quyết
nhiệm vụ tính toán cụ thể về: quy trình công nghệ, kết cấu, giá thành của một thiết bị trong
lĩnh vực 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 vào giải quyết những vấn đề kỹ thuật thực tế một cách
tổng hợp.
Nhiệm vụ của đồ án này là thiết kế hệ thống chưng cất hỗn hợp Clorofom - Benzen
với năng suất nhập liệu là 1500 kg/h, nổng độ nhập liệu là 40% (kmol Clorofom/kmol hỗn
hợp), nồng độ sản phẩm đỉnh là 99% (kmol Clorofom/kmol hỗn hợp), nồng độ sản phẩm đáy
là 5% (kmol Clorofom/kmol hỗn hợp).
Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt
MỤC LỤC
MỤC LỤC HÌNH
1. Hình 1. Đồ thị cân bằng lỏng – hơi của hệ Clorofom – Benzen Trang 11
2. Hình 2. Xác định giá trị y
F
*
trên đồ thị x-y Trang 18
3. Hình 3. Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết Trang 22
4. Hình 4. Hình phóng to số đĩa lý thuyết đoạn chưng Trang 22

5. Hình 5. Hình phóng to số đĩa lý thuyết đoạn cất Trang 23
6. Hình 6. Đồ thị xác định hiệu suất theo tích
αµ
Trang 24
7. Hình 7. Sơ đồ các dòng pha trong tháp Trang 25
8. Hình 8. Mô tả gờ chảy tràn trên đĩa Trang 33
9. Hình 9. Đáy (nắp) elip Trang 40
10. Hình 10. Bích ghép thân Trang 41
11. Hình 11. Bích ghép ống dẫn Trang 42
12. Hình 12. Chân đỡ Trang 49
13. Hình 13. Tai treo Trang 50
14. Hình 14. Minh họa cách bố trí ống trong thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh Trang 54
15. Hình 15. Nồi đun Kettle Trang 60
MỤC LỤC BẢNG
1. Bảng 1. Thành phần cân bằng lỏng – hơi và nhiệt độ sôi của hỗn hợp Trang10
2. Bảng 2. Giá trị tính toán dòng nhập liệu, sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy Trang 15
3. Bảng 3. Tính các tính chất hóa lý của hỗn hợp theo nhiệt độ Trang 18
4. Bảng 4. Kết quả tính toán hiệu suất tại các vị trí Trang 23
5. Bảng 5. Giá trị của bích ghép thân Trang 40
6. Bảng 6. Giá trị của bích ỗng dẫn dòng nhập liệu Trang 42
7. Bảng 7. Giá trị của bích cho ống dẫn hơi đỉnh tháp Trang 43
8. Bảng 8. Giá trị của bích cho ống dẫn hoàn lưu Trang 44
9. Bảng 9. Giá trị của bích cho ống dẫn hơi đáy tháp Trang 45
10. Bảng 10. Giá trị của bích cho ống dẫn lỏng vào nồi đun Trang 45
11. Bảng 11. Giá trị của bích cho ống dẫn ra khỏi nồi đun Trang 46
12. Bảng 12. Giá trị của chân đỡ Trang 48
SVTH: Vũ Văn Thức Trang 2
Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt
Chương I:
TỔNG QUAN

I. LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT :
1. Khái niệm :
- Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của hỗn hợp lỏng cũng như hỗn hợp khí lỏng
thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp (nghĩa
là khi ở cùng nhiệt độ, áp suất hơi bão hoà của các cấu tử khác nhau).
- Thay vì đưa vào trong hỗn hợp một pha mới để tạo nên sự tiếp xúc giữa hai pha như trong quá
trình hấp thu hoặc nhả khí, trong quá trình chưng cất pha mới được tạo nên bằng sự bốc hơi
hoặc ngưng tụ.
- Chưng cất và cô đặc khá giống nhau, tuy nhiên sự khác nhau căn bản nhất của 2 quá trình này
là trong quá trình chưng cất dung môi và chất tan đều bay hơi (nghĩa là các cấu tử đều hiện
diện trong cả hai pha nhưng với tỷ lệ khác nhau), còn trong quá trình cô đặc thì chỉ có dung
môi bay hơi còn chất tan không bay hơi.
- Khi chưng cất ta thu được nhiều cấu tử và thường thì bao nhiêu cấu tử sẽ thu được bấy nhiêu
sản phẩm. Nếu xét hệ đơn giản chỉ có 2 cấu tử thì ta sẽ thu được 2 sản phẩm :
 Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn (nhiệt độ sôi nhỏ)
 Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi nhỏ (nhiệt độ sôi lớn)
- Đối với hệ Clorofom – Benzen:
 Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm Clorofom và một ít Benzen.
 Sản phẩm đáy chủ yếu là Benzen và một ít Clorofom.
2. Phương pháp chưng cất :
Các phương pháp chưng cất được phân loại theo :
- Áp suất làm việc :
 Áp suất thấp
 Áp suất thường
 Áp suất cao
- Nguyên lí làm việc :
 Chưng đơn giản (một bậc)
 Chưng lôi cuốn theo hơi nước
 Chưng cất
- Cấp nhiệt ở đáy tháp :

 Cấp nhiệt trực tiếp
 Cấp nhiệt gián tiếp
Vậy : Đối với hệ Clororom - Benzen, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục, cấp nhiệt
gián tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường.
3. Thiết bị chưng cất :
Trong sản xuất, người ta 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
tiếp xúc pha 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 chêm, tháp phun, …Ở đây ta khảo sát 2 loại thường dùng là tháp mâm
và tháp chêm.
SVTH: Vũ Văn Thức Trang 3
Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt
 Tháp 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 cho tiếp xúc với nhau. Tuỳ theo cấu tạo của đĩa, ta có :
- Tháp mâm chóp : trên mâm bố trí có chóp dạng tròn, xupap, ….
- Tháp mâm xuyên lỗ : trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh.
 Tháp chêm (tháp đệm) : tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với nhau bằng mặt bích hay hàn.
Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp sau : xếp ngẫu nhiên hay xếp
thứ tự.
So sánh ưu, nhược điểm của các loại tháp :
Tháp chêm Tháp mâm xuyên lỗ Tháp chóp
Ưu
điểm
- 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.

- Hiệu suất khá cao.
- Khá ổn định.
- Hiệu suất cao.
Nhược
điểm
- Do có hiệu ứng thành → hiệu
suất truyền khối thấp.
- Độ ổn định không cao, khó vận
hành.
- Do có hiệu ứng thành → khi tăng
năng suất thì hiệu ứng thành tăng
→ khó tăng năng suất.
- Thiết bị khá nặng nề.
- Không làm việc được
với chất lỏng bẩn.
- Kết cấu khá phức tạp.
- Có trở lực lớn.
- Tiêu tốn nhiều
vật tư, kết cấu
phức tạp.
Vậy: Sử dụng tháp mâm chóp để chưng cất hệ Clorofom – Benzen.
II. GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU :
1 Benzen:
Là một hợp chất mạch vòng, ở dạng lỏng không màu và có mùi thơm nhẹ. Công thức
phân tử là C
6
H
6
. Benzen không phân cực,vì vậy tan tốt trong các dung môi hữu cơ không phân
cực và tan rất ít trong nước. Trước đây người ta thường sử dụng benzen làm dung môi. Tuy

nhiên sau đó người ta phát hiện ra rằng nồng độ benzen trong không khí chỉ cần thấp khoảng
1ppm cũng có khả năng gây ra bệnh bạch cầu, nên ngày nay benzen được sử dụng hạn chế
hơn.
a) Các tính chất vật lí của benzen:
• Khối lượng phân tử: 78,11 (g/mol)
• Tỉ trọng ( ): 0,879
• Nhiệt độ sôi: 80,6
o
C
• Nhiệt độ nóng chảy: 5,5
o
C
SVTH: Vũ Văn Thức Trang 4
Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt
b) Ứng dụng: Ngày nay một lượng lớn benzen chủ yếu để:
• Sản xuất styren cho tổng hợp polymer.
• Sản xuất cumen cho việc sản xuất cùng lúc axeton và phenol.
• Sản xuất cyclohexan tổng hợp tơ nilon.
• Làm dung môi, sản xuất dược liệu.
c) Điều chế :
Thông thường các hidrocacbon ít được điều chế trong phòng thí nghiệm, vì có thể thu
được lượng lớn nó bằng phương pháp chưng cất than đá, dầu mỏ….Tuy nhiên có thể điều chế
Benzen theo các phương pháp sau:
• Đóng vòng và dehydro hóa ankane
Các ankane có thể tham gia đóng vòng và dehydro hóa tạo thành hidrocacbon thơm
ở nhiệt độ cao và có mặt xúc tác như Cr
2
O
3
, hay các kim loại chuyển tiếp như Pd,

Pt:
CH
3
(CH
2
)
4
CH
3
C
6
H
6
• Dehydro hóa các cycloankane
Các cycloankane có thể bị dehydro hóa ở nhiệt độ cao với sự có mặt của các xúc
tác kim loại chuyển tiếp tạo thành benzen hay các dẫn xuất của benzen:
C
6
H
12
C
6
H
6
• Đi từ acetylen:
Đun acetylene với sự có mặt của xúc tác là than hoạt tính hay phức của niken như
Ni(CO)[(C
6
H
5

)P] sẽ thu được benzen:
3C
2
H
2


C
6
H
6
2 Clorofom :
Là chất lỏng linh động không màu, vị hơi ngọt; ts = 61,15 oC;; chiết suất với tia D ở
20 oC: 1,4455. Không tan trong nước, tan trong hầu hết các dung môi hữu cơ. Clorofom
không cháy và cũng không tạo hỗn hợp nổ với không khí. Là chất đầu để tổng hợp freon;
dùng làm dung môi. Clorofom có tác dụng làm buồn ngủ và gây mê, nhưng vì độc nên không
được dùng trong giải phẫu. Clorofom độc đối với sự trao đổi chất và nội tạng, đặc biệt là gan.
a) Các tính chất vật lí của clorofom :
• Khối lượng phân tử: 119,5 (g/mol)
• Khối lượng riêng: 1,488 g/cm
3
• Nhiệt độ sôi: 61,15
o
C
• Nhiệt độ nóng chảy: -63,5
o
C
b) Ứng dụng:
Trước đây, Clorofom được sử dụng chủ yếu để tổng hợp chất làm lạnh R-22 cho máy
điều hòa không khí. Tuy nhiên, vì R-22 gây ra sự suy giảm ozon nên clorofom gần như ít sử

dụng cho mục đích này. Hiện nay, Clorofom là một dung môi phổ biến vì nó khá trơ, trộn hợp
với hầu hết các chất lỏng hữu cơ, và dễ bay hơi.
• Dung môi để sản xuất thuốc nhuộm và thuốc trừ sâu.
SVTH: Vũ Văn Thức Trang 5
Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt
• Clorofom chứa dơtơri (hydro nặng), CDCl
3
, là dung môi phổ biến cho phương pháp
đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR).
c) Điều chế :
Trong công nghiệp, người ta điều chế clorofom bằng đốt nóng hỗn hợp clo và
clomêtan hay mêtan. Ở nhiệt độ 400-500 °C, phản ứng halogen hóa gốc tự do diễn ra,
chuyển mêtan hay clomêtan dần dần thành các hợp chất clo hóa.
CH
4
+ Cl
2
→ CH
3
Cl + HCl
CH
3
Cl + Cl
2
→ CH
2
Cl
2
+ HCl
CH

2
Cl
2
+ Cl
2
→ CHCl
3
+ HCl
Tiếp tục phản ứng clo hóa, clorofom chuyển thành CCl4:
CHCl
3
+ Cl
2
→ CCl
4
+ HCl
Hỗn hợp sản phẩm sau phản ứng gồm 4 chất: clomêtan, diclomêtan, clorofom
(triclomêtan), và cacbon tetraclorua, tách chúng bằng chưng cất.
3 Hỗn hợp Clorofom - Benzen:
Ta có bảng thành phần cân bằng lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp
Clorofom - Benzen ở 760 mmHg.(Tham khảo [2])
Bảng 1 .Thành phần cân bằng lỏng – hơi và nhiệt độ sôi của hỗn hợp
x (% phần
mol)
0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
y (% phần
mol)
0 6.5
12.
6

27.
5
41
54.
6
66
74.
6
83
90.
5
96.
2
100
t (
o
C)
80.
6
80.1
79.
6
78.
4
77.
2
75.
9
74.
5

73.
1
71
68.
7
65.
7
61.
5
Hình 1. Đồ thị cân bằng lỏng – hơi của hệ Clorofom – Benzen
SVTH: Vũ Văn Thức Trang 6
Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt
Chương II:
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Chú thích các kí hiệu trong qui trình:
1. Bồn chứa nguyên liệu
2. Bơm
3. Bồn cao vị
4. Van
5. Lưu lượng kế
6. Bẫy hơi
7. Tháp chưng cất
8. Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh
9. Bộ phận chỉnh dòng
10. Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh
11. Bồn chứa sản phẩm đỉnh
12. Thiết bị đun sôi đáy tháp ( Nồi đun Kettle)
13. Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy
14. Bồn chứa sản phẩm đáy
15. Áp kế

16. Nhiệt kế
17. Thiết bị đun sôi dòng nhập liệu
Hỗn hợp Clorofom - Benzen có nồng độ Clorofom là 40% (phần mol), nhiệt độ nguyên
liệu lúc đầu là 30
0
C tại bồn chứa nguyên liệu (1), được bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3). Dòng
nhập liệu được gia nhiệt tới nhiệt độ sôi trong thiết bị truyền nhiệt ống chùm. Sau đó hỗn hợp
được đưa vào tháp chưng cất (7) ở đĩa nhập liệu và bắt đầu quá trình chưng cất. Lưu lượng
dòng nhập liệu được kiểm soát qua lưu lượng kế (5).
Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn cất (luyện) của tháp chảy
xuống. Trong tháp, hơi đi dưới lên gặp lỏng đi 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 phía dưới càng
giảm nồng độ các cấu tử dễ bay hơi vì đã bị pha hơi tạo nên từ nồi đun (12) 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 là Benzen sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp có
cấu tử Clorofom chiếm nhiều nhất (nồng độ 99% phần mol). Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ
(8) được ngưng tụ hoàn toàn. Một phần chất lỏng ngưng tụ đi qua thiết bị làm nguội sản phẩm
đỉnh (10), rồi được đưa qua bồn chứa sản phẩm đỉnh (11). Phần còn lại của chất lỏng ngưng tụ
được hoàn lưu về tháp ở đĩa trên cùng với tỉ số hoàn lưu thích hợp và được kiểm soát bằng
lưu lượng kế. Cuối cùng ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng hầu hết là cấu tử khó bay hơi
(Benzen). Hỗn hợp lỏng ở đáy có nồng độ Clorofom là 5% phần mol, còn lại là Benzene.
Dung dịch lỏng ở đáy đi ra khỏi tháp vào nồi đun (12). Trong nồi đun dung dịch lỏng một
SVTH: Vũ Văn Thức Trang 7
Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt
phần sẽ bốc hơi cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc, phần còn lại ra khỏi nồi đun được
cho qua thiết bị làm nguội sản phẩm đáy (13) rồi sau đó vào bồn chứa sản phẩm đáy (14).
Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là Clorofom, sản phẩm đáy là
Benzen.
SVTH: Vũ Văn Thức Trang 8
Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt

3
8
11
1
7
San pham dinh
17
TRUONG DAI HOC BACH KHOA TP.HCM
Khoa Ky Thuat Hoa Hoc
Bo mon Qua trinh va Thiet bi
SVTH
GVHD
CNBM
Chuc nang
Ho ten
LE THI KIM PHUNG
TRAN TAN VIET
Chu ki
Ngay BV
Ngay HT
Ban ve so
Ti le
QUY TRINH CONG NGHE
ÐO AN MON HOC QUA TRINH VA THIET BI
THIET KE THAP CHUNG CAT CLOROFOM-BENZEN
TB lam nguoi san pham dinh
TB lam nguoi san pham day
Noi dun Kettle
Bon chua san pham dinh
Bo phan chinh dong

TBNT san pham dinh
Thap chung cat
Luu luong ke
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
1
2
Bon cao vi
Bom
1
Bon chua nguyen lieu
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3

2
1
STT TEN GOI ÐAC TINH KY THUAT SL VAT LIEU
01
VU VAN THUC
Ap ke
14
Nhiet ke
215
X18H10T
TB dun soi dong nhap lieu
16 3
Khi khong ngung
T
P
T
16
P
Nuoc
ngung
T
x = 40%
t = 30°C
x = 5%
t = 40°C
San pham day
x = 99%
t = 35°C
5
6

Hoi nuoc
P=1,6 at
2
4
Bay hoi
Van
9
10
12
13
17
Bon chua san pham day
14
15
1
Nguyen lieu
Khi khong ngung
Nuoc ra
t = 50
°
C
Nuoc lam lanh
t = 30
°
C
Nuoc lam lanh
t = 30
°
C
Nuoc ra

t = 50
°
C
Nuoc ra
t = 50
°
C
Nuoc lam lanh
t = 30
°
C
Hoi nuoc
P=1,6 at
Nuoc
ngung
2
SVTH: Vũ Văn Thức Trang 9
Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt
Chương III:
CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
I. CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU :
Chọn loại tháp là tháp mâm chóp.
Hỗn hợp:
Khi chưng luyện hỗn hợp Clorofom – Benzen thì cấu tử dễ bay hơi là Clorofom.
 Năng suất nhập liệu : G
F
= 1500 kg/h
 Nồng độ nhập liệu : x
F
= 40 % (kmol Clorofom / kmol hỗn hợp)

 Nồng độ sản phẩm đỉnh : x
D
= 99 % (kmol Clorofom / kmol hỗn hợp)
 Nồng độ sản phẩm đáy: x
W
= 5 % (kmol Clorofom / kmol hỗn hợp)
 Nhập liệu ở trạng thái lỏng sôi
 Chọn:
 Nhiệt độ nhập liệu: t
FV
= 30
o
C
 Đối với thiết bị đun sôi đáy tháp:
 Áp suất hơi đốt : P
h
= 1,6 at
 Đối với thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh:
 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi vào: t
V
= 30
o
C
 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi ra: t
R
= 50
o
C
 Đối với thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh:
 Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau khi làm nguội: t

DR
= 35
o
C
 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi vào: t
V
= 30
o
C
 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi ra: t
R
= 50
o
C
 Đối với thiết bị làm nguội sản phẩm đáy:
 Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi làm nguội: t
WR
= 40
o
C
 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi vào: t
V
= 30
o
C
 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi ra: t
R
= 50
o
C

 Các ký hiệu:
 G
F
, F : suất lượng nhập liệu tính theo kg/h, kmol/h.
 G
D
, D : suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo kg/h, kmol/h.
 G
W
, W: suất lượng sản phẩm đáy tính theo kg/h, kmol/h.
 , x
i
: nồng độ phần khối lượng, phần mol của cấu tử i.
II. XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ĐỈNH V SẢN PHẨM ĐÁY:
Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp: M = xM
C
+ (1-x) M
B
SVTH: Vũ Văn Thức Trang 10
Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt
Phương trình cân bằng vật chất:
Với các giá trị x
F
, x
D
, x
W
đã biết, giải hệ trên ta được D và W, từ đó suy ra G
F
, G

D
, G
W
. Các
giá trị tính toán được thể hiện trong bảng dưới đây:
Bảng 2. Giá trị tính toán của các dòng nhập liệu, sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy
Nhập liệu F Sản phẩm đỉnh D Sản phẩm đáy W
kg/h
kmol/
h
Phần
kl
Phần
mol
M
F
kg/h
kmol/
h
Phần
kl
Phần
mol
M
D
kg/h kmol/h
Phần
kl
Phần
mol

M
W
150
0
15,856 50,529 40,0
94,6
0
703,068 5,904
99,34
5
99,0 119,085 796,932 9,952
7,46
2
5,0 80,075
Vì tại đỉnh tháp, nồng độ phần mol của Clorofom trong pha lỏng và pha hơi bằng nhau
nên khối lượng mol của pha hơi và pha lỏng tại đỉnh tháp là bằng nhau:
M
xD
= M
yD
= x
D
M
C
+ (1 – x
D
)M
B
= 0,99 x 119,5 + (1 – 0,99) x 78 = 119,085 kg/kmol
Tương tự tại đáy tháp:

M
xW
= M
yW
= x
W
M
C
+ (1 – x
W
)M
B
= 0,05 x 119,5 + (1 – 0,05) x 78 = 80,075 kg/kmol
III. XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ HỒI LƯU THÍCH HỢP :
* Chỉ số hồi lưu tối thiểu :
Tỉ số hoàn lưu tối thiểu là chế độ làm việc mà tại đó ứng với số mâm lý thuyết là
vô cực. Do đó, chi phí cố định là vô cực nhưng chi phí điều hành (nhiên liệu, nước và
bơm…) là tối thiểu.
Để tìm R
min
ta cần xác định giá trị nông độ pha hơi cân bằng với nồng độ pha lỏng
của dòng nhập liệu, hay y
F
*
.
Hình 2. Xác định giá trị y
F
*
trên đồ thị x-y
Dựa vào hình trên ta có x

F
= 0,40⇒ y
F
*
= 0,546
Tỉ số hoàn lưu tối thiểu :
Tỉ số hoàn lưu làm việc tính theo công thức kinh nghiệm:
R = 1,3R
min
+ 0,3 = 1,3 x 3,041+ 0,3 = 4,253
IV. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG:
SVTH: Vũ Văn Thức Trang 11
Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt
- Sử dụng bảng I251, trang 314, [1] tra chọn hơi nước bão hòa cần sử dụng để đun nóng
hỗn hợp đầu.
- Chọn hơi đốt là hơi nước ở 1,6at:
+ Nhiệt hóa hơi: r
h
= 2227 x10
3
J/kg
+ Nhiệt độ sôi: t
h
= 112,7
o
C
- Sử dụng đồ thị T- x,y của hỗn hợp Clorofom - Benzen ta có:
Dòng sản phẩm đáy có nhiệt độ:
 Trước khi vào nồi đun ( lỏng): t
S1

= 80,10
o
C
 Sau khi được đun sôi ( hơi): t
S2
= 80,22
o
C
Nội suy các giá trị Nhiệt dung riêng (Tra bảng I.153, trang 171, [1]), nhiệt hóa hơi (
Tra bảng I.212, trang 254, [1]). Sử dụng các công thức tính Enthanpy và nhiệt hóa hơi
sau:
 h

= Ct
 r

= xr
C
+ (1 -x)r
B
 C =xC
C
+ (1 -x)C
B
Bảng 3. Tính các tính chất hóa lý của hỗn hợp theo nhiệt độ
f (hh đầu) D F W
Nhiệt độ(
o
C) 30 61,92 75,90 80,10
Cấu tử Clorofom Benzen Clorofom Benzen Clorofom Benzen Clorofom Benzen

C
p
J/kg.độ 1037,00
1777,5
0
1083,78 1940,08 1104,06 2013,48 1110,15 2035,43
r kcal/kg 61,88 102,38 58,91 97,16 57,55 94,72 57,14 93,98
x %kl 50,53 49,47 99,35 0,65 50,53 49,47 7,46 92,54
C
p
kJ/kg.độ 1,403 1,089 1,554 1,966
r kcal/kg (L) 81,911 59,163 75,937 91,233
r kJ/kg (L) 342,945 247,705 317,934 381,976
h 42,100 67,455 117,945 157,507
1 Cân bằng nhiệt cho toàn tháp
Q
đ
+ G
F
h
FS
= (R+1) G
D
r
D
+ G
D
h
DS
+ G

W
h
WS
+ Q
t
Giả sử lượng nhiệt mất mát (tổn thất) bằng a = 5% nhiệt hữu ích: Q
t
= 0,05Q
đ
⇒ Nhiệt lượng cần cung cấp:
= 958876,329 kJ/h = 266354,536 W
Nếu dùng hơi nước bão hòa ( không chứa ẩm) để cấp nhiệt thì: Q
đ
= G
h1
r
h
SVTH: Vũ Văn Thức Trang 12
Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt
Vậy lượng hơi nước cần dùng là: G
h1
= 0,120 kg/s
1. Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh
Q
nt
= (R + 1)G
D
r
D
= G

n
C
n
(t
R
–t
V
)
Trong đó: C
n
: nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ trung bình (t
R
+ t
V
)/2.
t
V
= 30
o
C, t
R
= 50
o
C  Tra bảng I.249, trang 310, [1] được C
n
= 4178 J/kg.độ
 Lượng nhiệt trao đổi:
Q
nt
= (4,253+1) x 703,068 x 247,705 = 914902,481 kJ/h = 254139,578 W

 Lượng nước cần dùng: G
n
= 3,041 kg/s
2. Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh
Q
ln1
= G
D
(h
DS
– h
DR
) = G
n1
C
n
(t
R
–t
V
)
Trong đó: h
DR
= C
DR
t
DR
, t
DR
= 35

o
C  C
DR
= 1,049 kJ/kg.độ
 Lượng nhiệt trao đổi:
Q
ln1
= G
D
(h
DS
– h
DR
) = 703,068 (67,455 - 1,049 x 35) = 21612,310 kJ/h = 6003,420 W
 Lượng nước lạnh cần dùng là:
G
n1
= 0,072 kg/s
3. Thiết bị đun sôi dòng nhập liệu
Q
F
= G
F
(h
FS
– h
f
) = G
h2
r

h
(1-a)
 Lượng nhiệt trao đổi:
Q
F
= G
F
(h
FS
– h
FV
) = 1500(117,945 - 42,100) = 113768,030 kJ/h = 31602,231 W
 Lượng hơi đốt sử dụng:
0,015 kg/s
4. Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy
Q
ln2
= G
W
(h
WS
– h
WR
) = G
n2
C
n
(t
R
–t

V
)
Trong đó: h
WR
= C
WR
t
WR
, t
WR
= 40
o
C  C
WR
= 1,767 kJ/kg.độ
 Lượng nhiệt trao đổi:
Q
ln2
= G
W
(h
WS
- h
WR
)
= 796,932(157,507 - 1,767 x 40) = 69195,215 kJ/h = 19220,893 W
SVTH: Vũ Văn Thức Trang 13
Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt
 Lượng nước lạnh cần dùng là: G
n2

= 0,230 kg/s
SVTH: Vũ Văn Thức Trang 14
Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt
Chương IV:
TÍNH TOÁN THÁP CHƯNG CẤT
I. TÍNH SỐ ĐĨA LÝ THUYẾT VÀ SỐ ĐĨA THỰC
1 Phương trình đường làm việc:
- Phần cất:
- Phần chưng:
• Suất lượng mol tương đối của dòng nhập liệu ( hệ số tiếp liệu) là:
• Phương trình đoạn chưng:
4. Xác định số đĩa lý thuyết:
Vẽ đường làm việc cho phần chưng và phần cất của tháp trên đồ thị x-y: Từ điểm (x
D
;
y
D
) kẻ đường thẳng đi qua điểm (0; 0,188), cắt đường thẳng x = x
F
tại điểm A. Nối A
với điểm (x
W
; y
W
) ta được đường làm việc đoạn cất.
Hình 3. Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết
SVTH: Vũ Văn Thức Trang 15
Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt
Hình 4. Hình phóng to số đĩa lý thuyết đoạn chưng
Hình 5. Hình phóng to số đĩa lý thuyết đoạn cất

Từ đó ta có được số đĩa lý thuyết trong quá trình chưng cất hỗn hợp Clorofom -
Benzen là 31 đĩa gồm: 10 đĩa cất và 21 đĩa chưng.
SVTH: Vũ Văn Thức Trang 16
Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt
5. Tính toán số đĩa thực:
Số đĩa thực tế tính theo hiệu suất trung bình :

Trong đó:
N
tt
: số mâm thực tế
N
lt
: số mâm lý thuyết
η
tb
: hiệu suất trung bình của đĩa, là một hàm số của độ bay hơi tương đối và độ
nhớt của hỗn hợp lỏng : η = f(αµ).
 Xác định hiệu suất trung bình của tháp
η
tb
: theo mục 23, trang 170-171, [2]:
 Tính hiệu suất đĩa η tại 3 vị trí : đĩa đỉnh , đĩa nhập liệu, đĩa đáy.
 Ứng với mỗi vị trí, xác định độ bay hơi tương đối α của cấu tử dễ bay hơi và
độ nhớt động học µ (N.s/m
2
) của chất lỏng:
 Độ bay hơi tương đối:
Với : x : phân mol của Clorofom trong pha lỏng.
y

*
: phân mol của Clorofom trong pha hơi cân bằng với pha lỏng.
 Độ nhớt động học µ ( N.s/m
2
) của chất lỏng:
Nội suy bảng I.101, trang 91,[1]: (tương ứng với nhiệt độ tại vị trí xét)
để xác định độ nhớt của Clorofom và Benzen, sau đó tính độ nhớt của hỗn hợp lỏng
theo công thức I.12, trang 84, [1]:
Trong đó: : Độ nhớt động học của Clorofom và Benzen, (cP)
: Phần mol của Clorofom và Benzen trong hỗn hợp.
 Xác định tích số αµ, tra trên hình IX. 11- trang 171, [2], xác định được η.
SVTH: Vũ Văn Thức Trang 17
Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt
Hình 6. Đồ thị xác định hiệu suất theo tích
αµ
SVTH: Vũ Văn Thức Trang 18
Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt
- Kết quả tính toán cụ thể trong bảng sau:
Bảng 4. Kết quả tính toán hiệu suất tại các vị trí
Đĩa đỉnh Đĩa nhập liệu Đĩa đáy
y (phần mol) 0,996 0,546 0,065
x (phần mol) 0,990 0,400 0,050
α
2,648 1,804 1,321
t (
o
C) 61,92 75,90 80,10
µ.10
3
Ns/m

2
(C)
0,3843 0,3423 0,3298
lgµ
C
-3,415 -3,466 -3,482
µ.10
3
Ns/m
2
(B)
0,3830 0,3312 0,3157
lgµ
B
-3,4168 -3,4799 -3,5007
lgµ (hỗn hợp)
-3,4153 -3,4742 -3,4997
µ (hỗn hợp) Ns/m
2
0,0003843 0,0003356 0,0003164
µ (hỗn hợp) cP
0,3843 0,3356 0,3164
αµ
1,0176 0,6054 0,4179
η %
49 56 62
 Hiệu suất đĩa trung bình:
 Cho đoạn cất (luyện) :
 Cho đoạn chưng:
 Cho toàn tháp:

 Số đĩa thực tế:
 Số đĩa cất: ; làm tròn là 19 đĩa
 Số đĩa chưng: ; làm tròn là 36 đĩa
 Vị trí nhập liệu: Đĩa 20 (tính từ đỉnh)
 Tổng số đĩa là 56 đĩa.
II. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP: (theo trang 181-184, [2])
(m)
 g
tb
: lượng hơi trung bình đi trong tháp (kg/h).
 (ρ
y
ω
y
)
tb
: tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (kg/m
2
.s).
SVTH: Vũ Văn Thức Trang 19
Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng và đoạn cất khác nhau, làm cho đường kính
đoạn chưng và đoạn cất cũng khác nhau, do đó ta sẽ tính riêng cho 2 đoạn.
1 Phần cất (luyện):
a. Lượng hơi trung bình đi trong đoạn cất:
(kg/h)
g
d
: lượng hơi ra khỏi đĩa trên cùng
của tháp (kg/h).

g
1
: lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng
của đoạn cất (kg/h).
• Xác định g
d
:
g
d
= G
D
+ G
L
= G
D
(R + 1)
= 703,068 x (4,253 + 1) = 3693,515 (kg/h)
• Xác định g
1
: Từ hệ phương trình :
Trong đó : G
1
: lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn cất.
: hàm lượng hơi ở đĩa thứ nhất của đoạn cất.
r
1
: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn cất
r
d
: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi ra ở đỉnh tháp .

Với:
r
c
, r
b
: ẩn nhiệt hóa hơi của Clorofom, Benzen.
 Tính r
d
: t
D
= 61,92
o
C , tra bảng I.212, trang 254, [1]
 Ẩn nhiệt hoá hơi của Clorofom : r
cd
= 58,91 (kcal/kg) .
 Ẩn nhiệt hoá hơi của Benzen : r
bd
= 97,16 (kcal/kg) .
SVTH: Vũ Văn Thức Trang 20
Hình 7. Sơ đồ các dòng pha trong tháp
Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt
y
D
= x
D
= 0,99  = 0,9935
 = 59,163 (kcal/kg)
 t
1

= t
F
= 75,90
o
C
 Ẩn nhiệt hoá hơi của Clorofom : r
c1
= 57,55 (kcal/kg)
 Ẩn nhiệt hoá hơi của Benzen : r
b1
= 94,72 (kcal/kg)
Từ hệ pt (I), có thể tính được g
1
theo công thức sau:
Từ đó tính được: G
1
= 2342,570 (kg/h) ; = 0,6180  y
1
= 0,5136
= 3369,577 (kg/h)
b. Tốc độ hơi trung bình đi trong đoạn cất:
 ρ
xtb
, ρ
ytb
: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi, (kg/m
3
)
 ϕ[σ] : hệ số tính đến sức căng bề mặt
 h : Khoảng cách giữa các đĩa, chọn h = 0,3 (m)

• ρ
ytb
: tính theo công thức (IX.102), trang 183, [2]
+ Nồng độ phân mol trung bình pha hơi:
+ Nhiệt độ trung bình đoạn cất :
o
C
SVTH: Vũ Văn Thức Trang 21
Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt
 = 3,892 (kg/m
3
)
• ρ
xtb
: tính theo công thức (IX.104a), trang 183, [2]
+ Nồng độ phần khối lượng trung bình pha lỏng:
+ Từ t
tbL
= 68,91
o
C, tra bảng I.2, trang 9, [1]
 Khối lượng riêng của Clorofom: ρ
xtbC
= 1397,190 (kg/m
3
)
 Khối lượng riêng của Benzen : ρ
xtbB
= 826,645 (kg/m
3

)
= 1191,140 (kg/m
3
)
• ϕ[σ]: Hệ số tính đến sức căng bề mặt
+ Khi σ < 20 dyn/cm thì ϕ[σ] = 0,8
+ Khi σ > 20 dyn/cm thì ϕ[σ] = 1
Trong đó, σ được tính theo công thức (I.76), trang 299, [1]:

σ
C
, σ
B
: Sức căng bề mặt của Clorofom

và Benzen ở nhiệt độ làm việc (dyn/cm)
+ Từ t
tbL
= 68,91
o
C , tra bảng I.242 trang 300, [1]
 Sức căng bề mặt của Clorofom : σ
C
= 20,50 (dyn/cm).
 Sức căng bề mặt của Benzen : σ
B
= 22,63 (dyn/cm).
 σ =10,76 dyn/cm < 20 dyn/cm
 ϕ[σ] = 0,8
SVTH: Vũ Văn Thức Trang 22

Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt
► Đường kính đoạn cất :
= 0,784 (m).
2 Phần chưng :
a. Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng:
(kg/h)
g’
n
: lượng hơi ra khỏi đoạn chưng (kg/h).
g’
1
: lượng hơi đi vào đoạn chưng (kg/h).
• Xác định g’
n
: g’
n
= g
1
= 3045,638 (kg/h)
• Xác định g’
1
: Từ hệ phương trình :
Với : G
’
1
: lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn chưng .
r’
1
: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng.
 Tính r’

1
: t
W
= 80,10
o
C, tra bảng I.212, trang 254, [1]:
 Ẩn nhiệt hoá hơi của Clorofom : r
cw
= 57,14 (kcal/kg) .
 Ẩn nhiệt hoá hơi của Benzen : r
bw
= 93,98 (kcal/kg) .
y
W
= x
W
= 0,05 = 0,0746
 (kcal/kg)
 Tính r
1
: = 0,6180
 (kcal/kg).
SVTH: Vũ Văn Thức Trang 23
Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt
= 2395,183 (kg/h)
G
W
= 796,932 (kg/h) (kg/h)
= 2720,410 (kg/h)
b. Tốc độ hơi trung bình đi trong đoạn chưng:

Tính toán tương tự phần cất, kết quả thể hiện trong bảng dưới đây:
y
W
(%mol)
y
1
(%mol)
y'
tb
(%mol)
t (
o
C) T (K)
ρ'
ytb
(kg/m
3
)
x
tb1
(%kl)
ρ'
xtbC
ρ'
xtbB
ρ'
xtb
(kg/m
3
)

5,00 51,36 28,18 78,00
351,0
0
3,114 29,00 1383,100
817,10
0
927,106
σ
C
.10
3
(N/m)
σ
B
.10
3
(N/m)
σ
hh
.10
3
(N/m)
σ
hh
(dyn/cm)
ω[σ
]
h
(m)
(ρ

y
ω
y
)
tb
C
19,27 21,54 10,17 10,17 0,8 0,3 1,530
► Đường kính đoạn chưng :
(m)
Kết luận :
Vì hai đường kính đoạn cất và đoạn chưng không chênh lệch nhau quá lớn nên ta chọn
đường kính của toàn tháp là : φ = 0,8 (m) = 800 (mm).
Như vậy vận tốc pha hơi trong phần chưng và phần cất của tháp là:
+ Phần cất : = 0,478 (m/s).
+ Phần chưng : = 0,482(m/s).
SVTH: Vũ Văn Thức Trang 24
Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt
III. TÍNH CHIỀU CAO THÁP:
- Chiều cao thân tháp (tính theo công thức (IX.54), trang 169, [2]):
H
thân
= N
tt
(h + δ) + 0,8 = 56 x (0,3 + 0,005) + 0,8 = 17,88 (m)
Trong đó: δ : chiều dày của mâm, chọn δ = 5 (mm) = 0,005 (m)
h : khoảng cách giữa các đĩa, chọn h = 0,3 (m)
- Chọn đáy (nắp) ellip tiêu chuẩn có h
t
= 0,25 x 0,8 = 0,2 (m)
- Chọn chiều cao gờ: h

g
= 50 (mm) = 0,05 (m)
- Chiều cao đáy (nắp): H
đn
= h
t
+ h
g
= 0,2 + 0,05 = 0,25 (m)
Kết luận:
Chiều cao toàn tháp: H = H
thân
+ 2H
đn
= 17,88 + 2 x 0,25 = 18,38 (m).
IV. TÍNH TOÁN CHÓP:
• Đường kính ống hơi của chóp (chọn): d
h
= 50 (mm) = 0,05 (m)
• Số chóp phân bố trên đĩa: ; (φ : đường kính trong của tháp)
chọn n= 27 (chóp)
• Chiều cao chóp phía trên ống dẫn hơi: h
2
= 0,25d
h
= 0,25 x 50 = 12,5 (mm)
• Đường kính chóp: , δ
ch
: chiều dày chóp, chọn δ
ch

= 2 (mm)
d
ch
= 74 (mm)
• Khoảng cách từ mặt đĩa đến chân chóp : Chọn S = 12,5 (mm)
• Chiều cao mực chất lỏng trên khe chóp : Chọn h
1
= 30 (mm)
• Tiết diện tháp : (m
2
)
• Lưu lương hơi đi trong tháp:
SVTH: Vũ Văn Thức Trang 25