ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA HÓA CÔNG NGHỆ
--------

Giáo viên hướng dẫn
Sinh viên thực hiện
Ngành học
Lớp
Nội dung đồ án

: Vũ Minh Khôi
: Nguyễn Mạnh Hiệp
: Công nghệ Hóa
: H1K10
: ThiÕt kÕ th¸p chng luyÖn liªn tôc
lo¹i th¸p ®Öm ®Ó ph©n t¸ch hçn
hîp CHCl3 – CCl4

HÀ NỘI, NĂM 2016


Bộ Công thơng

Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam

Trờng ĐH Công nghiệp Hà Nội

c lp T do Hnh phúc

Đồ án môn học Quá trình thiết bị
Số : ........................

Họ và tên HS-SV : Nguyn Mnh Hip
Lớp : LT CĐ - ĐH Hoá 1
Khoá: 10
Khoa : Công nghệ Hoá
Giáo viên hớng dẫn : V Minh Khụi
Nội dung
Thiết kế tháp chng luyện liên tục loại tháp đm phân tách hỗn hợp CHCl3 CCl4
Các số liệu ban đầu:
- Năng suất tính theo hỗn hợp đầu F = 12,3 tấn/giờ.
- Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong:
+ Hỗn hợp đầu: aF = 0,378 phần khối lợng.
+ Sản phẩm đỉnh: aP = 0,956 phần khối lợng.
+ Sản phẩm đáy: aW = 0,044 phần khối lợng.
- Tháp làm việc ở áp suất thờng
- Hỗn hợp đầu đợc gia nhiệt đến nhiệt độ sôi.
TT
Tên bản vẽ
1 Vẽ dây chuyền sản xuất
2 Vẽ hệ thống tháp chng luyện

Khổ giấy
A4
A0

Số lợng
01
01

Phần thuyết minh


Ngày giao đề : .. Ngày hoàn thành :.
Trởng Khoa

Giáo viên hớng dẫn


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

LỜI MỞ ĐẦU
Kỹ thuật hiện đại có nhiệm vụ nghiên cứu các quá trình sản xuất sản
phẩm hoá học mới, cải tiến quá trình cũ nhằm tăng năng suất chất lượng trong
các ngành hoá học. Các phương pháp chế biến hoá học rất khác nhau nhưng
nhìn chung các quá trình chế biến hoá học đều trải qua một số quá trình vật lý,
hoá học nói chung như lắng, lọc, đun nóng, làm nguội, chưng luyện…
Chưng là phương pháp dùng để tách các hỗn hợp chất lỏng cũng như các
hỗn hợp khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của
các cấu tử trong hỗn hợp(ở cùng nhiệt độ, áp suất hơi của các cấu tử khác nhau).
Khi chưng ta thu được nhiều sản phẩm, thường có bao nhiêu cấu tử sẽ có bấy
nhiêu sản phẩm. Với trường hợp hỗn hợp gồm hai cấu tử sẽ có: sản phẩm đỉnh
gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi bé, sản
phẩm đáy gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi
lớn hơn.
Trong sản xuất có nhiều phương pháp chưng: chưng đơn giản, chưng
bằng hơi nước trực tiếp, chưng luyện,…
Chưng luyện là phương pháp chưng phổ biến nhất dùng để tách hoàn toàn
các cấu tử dẽ bay hơi có tính chất hoà tan một phần hoặc hoà tan hoàn toàn vào
nhau.
Clorofom và Cacbontetraclorua là một trong những sản phẩm của ngành

công nghiệp tổng hợp hữu cơ. Chúng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp
hoá học nói chung cũng như công nghiệp hữu cơ nói riêng như trong công
nghiệp hoá dầu, dược phẩm, phẩm nhuộm,…
Thông thường trong công nghiệp hữu cơ CHCl3 và CCl4 ở dạng hỗn hợp
nên muốn sử dụng chúng người ta cần thiết phải tách riêng biệt chúng. Để thực
hiện điều này, người ta có thể tiến hành chưng luyện hỗn hợp trong các tháp
chưng luyện liên tục hoặc gián đoạn.
Tháp chưng luyện liên tục có thể dùng loại tháp đệm, tháp chóp hoặc tháp
đĩa lỗ. Trong đó loại tháp đệm được sử dụng khá rộng rãi và cho hiệu suất cao.

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Mạnh Hiệp - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

3


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Mạnh Hiệp - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

4


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá


Phần 1: TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu chung về chưng luyện
1.1.1 Khái niệm
- Chưng luyện 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
luyện pha mới được tạo nên bằng sự bốc hơi hoặc ngưng tụ.
- Trong quá trình chưng luyện 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).
- Khi chưng luyện ta thu được nhiều cấu tử và thường thì đưa vào chưng
luyện bao nhiêu cấu tử sẽ thu được bấy nhiêu sản phẩm. Nếu xét hệ đơn
giản chỉ có hai cấu tử thì ta sẽ thu được hai sản phẩm :
Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn (nhiệt độ sôi nhỏ)
Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi nhỏ (nhiệt độ sôi lớn)
- Đối với hệ Clorofom – Cacbontetraclorua:
Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm Clorofom và một ít Cacbontetraclorua.
Sản phẩm đáy chủ yếu là Cacbontetraclorua và một ít Clorofom
1.1.2 Phương pháp chưng luyện
Các phương pháp chưng cất được phân loại theo :
- Áp suất làm việc : Áp suất thấp
Áp suất thường
Áp suất cao
- Nguyên tắc làm việc: dựa vào nhiệt độ sôi của các cấu tử, nếu nhiệt độ sôi
của các cấu tử quá cao thì ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi
của các cấu tử.
- Nguyên lí làm việc :
Chưng một bậc

Chưng lôi cuốn theo hơi nước
Chưng luyện
- Cấp nhiệt ở đáy tháp : Cấp nhiệt trực tiếp
Cấp nhiệt gián tiếp
Với hệ hai cấu tử Clorofom – Cacbontetraclorua ta dùng phương pháp
chưng luyện liên tục ở áp suất thường.
1.1.3 Thiết bị chưng luyện
Trong sản xuất, người ta thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để tiến
hành chưng luyện. 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 đĩa, nếu pha lỏng phân tán vào pha khí ta có tháp đệm. Ở
đây ta khảo sát 2 loại thường dùng là tháp đĩa và tháp đệm.

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Mạnh Hiệp - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

5


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

 Tháp đĩa : thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các đĩa 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 đĩa chóp : trên đĩa bố trí có chóp dạng tròn.
- Tháp đĩa lỗ : trên đĩa có nhiều lỗ hay rãnh.
 Tháp đệm : tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với nhau bằng mặt bích hay

hàn. Vật đệm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp sau :
xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự.
1.1.4 Giới thiệu về nguyên liệu chưng luyện
 Clorofom & Cacbontetraclorua:
Clorofom, hay còn gọi là tricloromêtan và mêtyl triclorua, và một hợp
chất hoá học thuộc nhóm trihalomêtan có công thức CHCl3. Nó không cháy
trong không khí, trừ khi tạo thành hỗn hợp với các chất dễ bắt cháy hơn. Người
ta sử dụng clorofom làm chất phản ứng và dung môi. Clorofom còn là một chất
độc với môi trường.
Lịch sử hình thành:
Tháng 7 năm 1831, nhà vật lý người Mỹ Samuel Guthrie và vài tháng sau
đến lượt các nhà hoá học người Pháp Eugène Soubeiran và người Đức Justus
von Liebig đã độc lập tìm ra clorofom. Cả 3 đều tìm thấy clorofom qua phản
ứng halofom. Soubeiran cho bột tẩy clo (canxi hypoclorit) tác dụng với aceton
(2-propanon) cũng như với êtanol để điều chế clorofom. Năm 1834, JeanBaptiste Dumas đã đặt tên và khảo sát hóa học clorofom.[4]
Năm 1847, bác sỹ sản khoa James Young Simpson ở Edinburgh lần đầu sử
dụng clorofom là chất gây mê chính cho quá trình đỡ đẻ. Sau đó người ta sử
dụng clorofom cho phẫu thuật trên toàn châu Âu. Đầu thế kỷ 20, tại Hoa Kỳ,
clorofom thay thế ete làm chất gây mê. Tuy nhiên, người ta nhanh chóng cấm sử
dụng vì tính độc của nó, đặt biệt là khả năng gây ra chứng loạn nhịp tim chết
người.
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.
CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl
CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl
CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl
Tiếp tục phản ứng clo hóa, clorofom chuyển thành CCl4:
CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl

Hỗn hợp sản phẩm sau phản ứng gồm 4 chất: clomêtan, diclomêtan,
clorofom (triclomêtan), và cácbon tetraclorua, chúng tách ra qua quá trình chưng
cất.
Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Mạnh Hiệp - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

6


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Ứng dụng
Ngày nay clorofom 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.
+ Gây mê: Từ giữa thế kỷ 18, clorofom chủ yếu sử dụng làm chất gây mê. Hơi
clorofom ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương của người bệnh, gây
ra chóng mặt, mỏi mệt và ngất, cho phép bác sỹ phẫu thuật.
+ Làm dung môi: 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. Trong công nghiệp
dược phẩm, người ta sử dụng clorofom làm dung môi để sản xuất thuốc
nhuộm và thuốc trừ sâu. Clorofom chứa dơtơri (hydro nặng), CDCl3, là
dung môi phổ biến cho phương pháp đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân.
Cacbontetraclorua có cấu trúc phân tử là CCl4 phân tử gam là 183,84g/mol.
Bề ngoài Chất lỏng không màu , khối lượng riêng là 1,5842 g/cm, dễ bay
hơi ,tnc=-229,2 oC; ts = 76,72 oC.Là một chất không phân cực.
Trong vai trò của một dung môi, nó hòa tan khá tốt các hợp chất không phân cực
khác, chất béo và dầu mỡ. Sử dụng chủ yếu hợp chất này làm chất phản ứng

trong tổng hợp hữu cơ. Đây là một chất lỏng không màu có mùi "thơm". Nhưng
nó hơi dễ bay hơi, tạo ra hơi với mùi đặc trưng như của các dung môi clo hóa
khác, hơi tương tự như mùi của tetraclorthylen dùng trong các cửa hàng giặt là
khô. Nó được dùng làm dung môi trong nghiên cứu hóa tổng hợp Đôi khi nó là
hữu ích để làm dung môi cho phổ hồng ngoại học do không có các dải hấp thụ
đáng kể > 1.600 cm-1. Do cacbon tetraclorua không chứa bất kỳ nguyên tử hiđrô
nào, nên trong quá khứ nó được dùng trong phổ NMR proton. Tuy nhiên,
cacbon tetraclorua là độc hại và khả năng hòa tan của nó là thấp. Nó đã bị thay
thế phần lớn bởi các dung môi đơteri hóa, thường là có các thuộc tính hòa tan tốt
hơn và cho phép phổ kế giam giữ đơteri.Phơi nhiễm trước hàm lượng cao của
cacbon tetraclorua (bao gồm cả thể hơi) có thể ảnh hưởng tới hệ thần kinh trung
ương và làm suy thoái gan và thận cũng như có thể gây ra (sau phơi nhiễm kéo
dài) hôn mê và thậm chí gây tử vong. Phơi nhiễm kinh niên trước cacbon
tetraclorua có thể gây ra ngộ độc gan và tổn thương thận hay gây ra ung thư.
Đầu thế kỷ 20, cacbon tetraclorua được sử dụng rộng rãi làm dung môi tẩy rửa
khô, cũng như làm chất làm đông lạnh hay trong các bình chữa cháy. Tuy nhiên,
khi người nhận thấy dường như phơi nhiễm cacbon tetraclorua có ảnh hưởng
nghiêm trọng tới sức khỏe thì các chất thay thế an toàn hơn như
tetracloroethylen được dùng cho các ứng dụng đó và việc sử dụng nó trong các
ứng dụng này bị suy giảm từ khoảng năm 1940 trở đi. Cacbon tetraclorua còn
được dùng làm thuốc trừ dịch hại để giết sâu bọ trong ngũ cốc đang lưu trữ,
nhưng trong năm 1970, nó đã bị cấm dùng trong các sản phẩm tiêu dùng tại Hoa
Kỳ.Trước khi có nghị định thư Montreal một lượng lớn cacbon tetraclorua đã
được sử dụng để sản xuất các chất làm lạnh freon R-11 (tricloroflorometan) và
R-12 (diclorodiflorometan). Tuy nhiên, các chất làm lạnh này hiện nay bị coi là
đóng vai trò trong sự suy giảm ôzôn và bị loại bỏ. Cacbon tetraclorua hiện vẫn
Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Mạnh Hiệp - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

7



Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

còn được dùng để sản xuất các chất làm lạnh ít phá hủy hơn.Cacbon tetraclorua
cũng được sử dụng để phát hiện nơtrino. Cacbon tetraclorua là một trong những
chất độc mạnh nhất đối với gan và được sử dụng trong nghiên cứu khoa học để
đánh giá các chất bảo vệ gan.
Cacbon tetraclorua trên thực tế không cháy ở các nhiệt độ thấp. Ở nhiệt độ
cao trong không khí, nó tạo ra photgen (CCl 2O) độc hại. Do không có liên kết CH, cacbon tetraclorua không dễ dàng tham gia các phản ứng gốc tự do. Vì thế nó
là dung môi hữu ích trong các phản ứng halogen hóa bằng các halogen nguyên
tố hay bằng các chất phản ứng như N-bromosuccinimid. Trong hóa hữu cơ,
cacbon tetraclorua đóng vai trò của nguồn cấp clo trong phản ứng Appe.
 Hỗn hợp Clorofom – Cacbontetraclorua:
Ta có bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp hai cấu
tử Clorofom – Cacbontetraclorua ở 760mmHg (phần trăm mol) thể hiện ở bảng
IX.2a (II-147)
x
y
t (oC)

0

5

10

20


0
76,8

-

13,5
74,7

26,5
72,6

30

40

50

60

70

80

90

100

39,5 52 63,5 72,5 81 88,5 95 100
70,6 68,6 66,9 65,3 63,9 62,6 61,5 60,8


1.2 Quy trình công nghệ sản xuất
1.2.1 Thuyết minh dây chuyền công nghệ sản xuất
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.
Chất 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.
Khi hơi bay lên ở đĩa số 1 có thành phần cấu tử dễ bay hơi Clorofom là y 1.
Sục trực tiếp vào lớp chất lỏng trên đĩa 1 có thành phần cấu tử dễ bay hơi
Clorofom là x1 với (x1 < y1). Trong hơi bao giờ cũng giàu cấu tử dễ bay hơi hơn
Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Mạnh Hiệp - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

8



Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

lỏng. Khi sục vào đĩa 2 do hơi đĩa 1 sục vào lớp chất lỏng đĩa 2 mà nhiệt độ đĩa
2 nhỏ hơn nhiệt độ đĩa 1 nên hơi đó sẽ bị ngưng tụ một phần cấu tử khó bay hơi
(Cacbontetraclorua). Quá trình ngưng tụ lại là quá trình toả nhiệt và nhiệt này sẽ
làm bay hơi một phần cấu tử khó bay hơi trong đĩa số 2. Do đó x 2 > x1, y2 > y1
dẫn tới hơi đĩa 2 tiếp tục sục vào đĩa 3. Quá trình này xảy ra tương tự nhiều lần
cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp gồm hầu hết là cấu tử dễ bay hơi
(Clorofom ) . Hơi từ đỉnh tháp vào thiết bị ngưng tụ hồi lưu 6. Ở đây một phần
hơi được ngưng tụ lại và quay trở lại tháp, phần hơi còn lại được đưa vào thiết bị
ngưng tụ làm lạnh 7 để ngưng tụ hoàn toàn sản phẩm rồi chuyển vào thùng chứa
sản phẩm đỉnh 8.
Chất lỏng hồi lưu đi từ trên xuống dưới gặp hơi có nhiệt độ cao đi từ dưới
lên, một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp lại bốc hơi đi lên, một phần cấu tử khó
bay hơi trong pha hơi sẽ ngưng tụ đi xuống.Do đó nồng độ cấu tử khó bay hơi
trong pha lỏng ngày càng tăng, cuối cùng ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng
gồm hầu hết cấu tử khó bay hơi (Cacbontetraclorua), và một phần ít cấu tử dễ
bay hơi (Clorofom ). Hỗn hợp lỏng này sẽ được chia làm 2 phần. Một phần được
đun sôi bằng nồi đun sôi đáy tháp 1 (dùng hơi nước bão hoà). Nó có tác dụng
đun sôi tuần hoàn và bốc hơi hỗn hợp sản phẩm đáy tạo dòng hơi đi từ dưới lên.
Một phần được vào thùng chứa sản phẩm đáy 10 và có thể được xử lí tiếp.
Đây là loại tháp chưng luyện liên tục nên hỗn hợp đầu và các sản phẩm được
lấy ra là liên tục.

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Mạnh Hiệp - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10


9


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

1.2.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ
N­íc

6
3
N­íc l¹nh

5

7

H¬i ®èt

N­íc
N­íc l¹nh

4
9

11

N­íc ng­ng


H¬i ®èt

11

2

1

Chú thích:
1. Thùng chứa hỗn hợp 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

N­íc ng­ng

10

8

7. Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh
8. Thùng chứa sản phẩm đỉnh
9. Thiết bị gia nhiệt đáy tháp
10. Thùng chứa sản phẩm đáy
11. Thiết bị tháo nước ngưng

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Mạnh Hiệp - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10


10


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Phần 2: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
2.1 Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp
Các ký hiệu thường dùng:
- F: Lượng hỗn hợp đầu, Kmol/h
- P: Luợng sản phẩm đỉnh, Kmol/h
- W: Lượng sản phẩm đáy, Kmol/h
- GF: Luợng hỗn hợp đầu, Kg/h
- GP: Lượng sản phẩm đỉnh, Kg/h
- Gw: Lượng sản phẩm đáy, Kg/h
- aF: Nồng độ phần khối lượng của Clorofom trong hỗn hợp đầu
- aP: Nồng độ phần khối lượng của Clorofom trong sản phẩm đỉnh
- aw: Nồng độ phần khối lượng của Clorofom trong sản phẩm đáy
- xF: Nồng độ phần mol của Clorofom trong hỗn hợp đầu
- xP: Nồng độ phần mol của Clorofom trong sản phẩm đỉnh
- xw: Nồng độ phần mol của Clorofom trong sản phẩm đáy
- µ: Độ nhớt, Ns/m2
- ρ: Khối lượng riêng
- Ngoài ra còn có các kí hiệu khác được định nghĩa tại chỗ.
Loại tháp: tháp đĩa lỗ không có ống chảy chuyền.
Khi chưng luyện hỗn hợp Clorofom – Cacbontetraclorua thì cấu tử dễ
bay hơi là Clorofom .
Clorofom : CHCl3 ⇒M A =119,5 g / mol


Hỗn hợp: CCl ⇒M =154 g / mol
4
B

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 lỏng 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 bằng hơi đốt gián tiếp.
Phương trình cân bằng vật liệu:
Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Mạnh Hiệp - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

11


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội
Theo đầu bài ta có:
Năng suất tính theo hỗn hợp đầu:
Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong:
- Hỗn hợp đầu:
- Sản phẩm đỉnh:
- Sản phẩm đáy:


Khoa công nghệ hoá

GF = 12,3 tấn/ giờ = 12300 kg/ giờ
aF = 0,378 phần khối lượng
aP = 0,956 phần khối lượng
aw = 0,044 phần khối lượng

Công thức liên hệ nồng độ phần mol và nồng độ phần khối lượng:

aA
MA

xA =

aA
MA
=
aA
a
a A 1 − aA
+ B
+
M A MB MA
MB

0,378
119,5
xF =
= 0,439 (phần mol)
0,378 1 − 0,378

+
119,5
154
0,956
119,5
xp =
= 0,966 (phần mol)
0,956 1 − 0,956
+
119,5
154

0,044
119,5
xw =
= 0,056 (phần mol)
0,044 1 − 0,044
+
119,5
154
Theo phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp
F=P+W
(II-144)
Và phương trình cân bằng vật liệu cho riêng cấu tử dễ bay hơi Clorofom :

F .x F = P.xP + W .xW

⇒ Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp đầu là:
Khối lượng trung bình được xác định theo công thức:
M = x.MA + (1-x).MB

Trong đó: M - khối lượng phân tử trung bình (kg/kmol).
x - nồng độ phần mol.
→ Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp đầu :
MF = xF.MA + (1 – xF).MB = 0,439.119,5 + (1 – 0,439).154 = 138,85 (kg/kmol)
Lượng sản phẩm hỗn hợp đầu là:

F=

G F 12300
=
= 88,58(kmol / h)
M F 138,85

→ Khối lượng mol trung bình của sản phẩm đỉnh :
Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Mạnh Hiệp - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

12


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

MP = xP.MA + (1 – xP).MB = 0,966.119,5+ (1 - 0,966).154 = 120,67 (kg/kmol)
Lượng sản phẩm đỉnh là:
F ( x F − x w ) 88,58.(0,439 − 0,056)
P=
=
= 37,28(kmol / h)

xP − xw
0,966 − 0,056
Gp = P.Mp = 37,28.120,67 = 4498,58 kg/h
→ Khối lượng trung bình của sản phẩm đáy :
MW = xW.MA + (1 – xW).MB = 0,056.119,5 + (1- 0,056).154 = 152,07 (kg/kmol)
F ( x p − x F ) 88,58.(0,966 − 0,439)
W=
=
= 51,3(kmol / h)
xP − xw
0,966 − 0,056
⇒ Lượng sản phẩm đáy là :
Gw = W.Mw= 51,3.152,07 = 7801,19 (kg/h)
2.2 Xác định bậc thay đổi nồng độ
2.2.1 Xác định chỉ số hồi lưu
Tỉ số hoàn lưu tối thiểu là chế độ làm việc mà tại đó ứng với số đĩa lý
thuyết là vô cực. Do đó, chi phí cố định là vô cực nhưng chi phí điều hành
(nhiên liệu, nước, bơm…) là tối thiểu
Từ bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp hai cấu tử
Clorofom – Cacbontetraclorua ở 760mmHg (phần trăm mol). (Bảng IX.2a, II147).
x

0

5

10

20


30

40

50

60

y

0

-

13,5

26,5

39,5

52

t (oC)

76,8

-

74,7


72,6

70,6 68,6 66,9 65,3 63,9 62,6 61,5

63,5 72,5

70

80

90

100

81

88,5

95

100

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Mạnh Hiệp - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

60,8

13



Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Từ các số liệu ở bảng trên ta vẽ được biểu đồ:

Hình 1: Đồ thị cân bằng pha của hệ Clorofom – CCl4 tại P = 1atm

Hình 2: Đồ thị t-x,y hệ Clorofom – CCl4

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Mạnh Hiệp - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

14


Trng i Hc cụng nghip H Ni

Khoa cụng ngh hoỏ

T xF = 0,439 (phn mol) trờn biu ta k song song vi y, ct ng cõn
bng ti F, t F k song song vi trc x, ta tỡm c y F* = 0,568 (phn mol) vi
yF* l nng cu t d bay hi trong pha hi cõn bng vi nng cu t trong
pha lng xF ca hn hp (hỡnh v s a lý thuyt ca ton thỏp).
Vỡ nng cu t d bay hi trong pha hi cõn bng vi nng cu t
trong pha lng xF ca hn hp u nờn ta xỏc nh ch s hi lu ti thiu theo
cụng thc:
Rmin

xP y F*

0,966 0,568
= *
=
= 3,0853
y F xF
0,568 0,439

(II-158)
Vấn đề chọn chỉ số hồi lu thích hợp Rx rất quan trọng vì chỉ số hồi lu thích
hợp nhỏ thì số bậc của tháp lớn (chiều cao tháp tăng), lợng hơi đốt tiêu tốn ít, ngợc lại khi chỉ số hồi lu lớn thì số bậc của tháp nhỏ (chiều cao của tháp thấp) lợng
hơi đốt tiêu tốn lớn, đờng kính lớn thì sản phẩm đỉnh thu đợc rất ít do đó để thu
đợc Rth ta chọn:
Rx = Rmin .
(II-158)
Trong đó là hệ số hồi lu ( = 1,4 - 2,3)
Ta tính Rx dựa trên phơng pháp: biết giá trị R min ta cho các giá trị bất kỳ ta sẽ
tính đợc R tơng ứng (R > Rmin), với mỗi Rx ta xác định đợc số đĩa lý thuyết Nlt tơng ứng.
Hỡnh v s a lý thuyt

ỏn mụn QT&TB
Sinh Viờn : Nguyn Mnh Hip - lp LTC- H Hoỏ 1 K10

15


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Hình 3 : Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =1,4 ; B = 0,182 và Nlt = 27


Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Mạnh Hiệp - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

16


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Hình 4 : Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =1,5 ; B = 0,172 và Nlt = 25

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Mạnh Hiệp - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

17


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

100
40
70
20
50
80
30

60
90

Hình 5 : Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =1,6 ; B = 0,163 và Nlt = 24

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Mạnh Hiệp - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

18


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Hình 6 : Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =1,7 ; B = 0,155 và Nlt = 23

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Mạnh Hiệp - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

19


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Hình 7: Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =1,8 ; B = 0,147 và Nlt = 22

Đồ án môn QT&TB

Sinh Viên : Nguyễn Mạnh Hiệp - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

20


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Hình 8: Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =1,9 ; B = 0,141 và Nlt = 21

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Mạnh Hiệp - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

21


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Hình 9: Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =2,0 ; B = 0,135 và Nlt = 20

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Mạnh Hiệp - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

22


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội


Khoa công nghệ hoá

Hình 10: Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =2,1; B = 0,129 và Nlt = 20

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Mạnh Hiệp - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

23


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Hình 11: Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =2,2 ; B = 0,124 và Nlt = 20

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Mạnh Hiệp - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

24


Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội

Khoa công nghệ hoá

Hình 12: Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =2,3 ; B = 0,119 và Nlt = 19

Từ các đồ thị trên ta có bảng sau:

Đồ án môn QT&TB
Sinh Viên : Nguyễn Mạnh Hiệp - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

25