ĐAMH Quá trình & Thiết bị

GVHD : Vũ Bá Minh

LỜI MỞ ĐẦU
Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển đóng góp to lớn cho nền công
nghiệp nước ta nói riêng và thế giới nói chung. Một trong những ngành có đóng
góp vô cùng to lớn đó 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 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 ta có sự lựa chọn
phương pháp cho phù hợp. Đối với hệ benzen – toluen là hệ 2 cấu tử tan lẫn vào
nhau, ta chọn phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho benzen.
Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị là một môn học mang tính tổng hợp
trong quá trình học tập của các kỹ sư Công nghệ Hoá học tương lai. Môn học
này giúp sinh viên có thể tính toán cụ thể : quy trình công nghệ, kết cấu, giá
thành của một thiết bị trong sản xuất hoá chất - thực phẩm. Đây là lần đầu tiên
sinh viên được vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết các vấn đề kỹ thuật
thực tế một cách tổng hợp.
Nhiệm vụ của đồ án là thiết kế tháp mâm xuyên lỗ để chưng cất hỗn hợp
Benzen – Toluen ở áp suất thưởng với năng suất nhập liệu là 2000 lít/h có nổng
độ 30% mol benzen, nồng độ sản phẩm đỉnh là 98% mol benzen, tỷ lệ thu hồi là
99%, các số liệu khác tự chọn. Quy trình chưng cất có sử dụng nguyên liệu 30 oC
ngưng tụ hơi sản phẩm đỉnh.

Trang 1


ĐAMH Q trình & Thiết bị

GVHD : Vũ Bá Minh

MỤC LỤC
Lời mở đầu.....................................................................................1
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN ....................................................................4
I. Lý thuyết về chưng cất.........................................................4
1. Khái niệm..........................................................4
2. Phương pháp chưng cất....................................4
3. Thiết bò chưng cất............................................4
II. Giới thiệu sơ bộ về nguyên liệu......................................5
1. Benzen & Toluen...................................................5
2. Hỗn hợp benzen - toluen...................................6
CHƯƠNG 2 : QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ..........................................7
CHƯƠNG 3 : CÂN BẰNG VẬT CHẤT...........................................9
I.
Các thông số ban đầu..................................................9
II. Xác đònh suất lượng sản phẩm đỉnh và sản
phẩm đáy thu được.........................................................9
III. Xác đònh tỉ số hoàn lưu làm việc........................11
IV. Xác đònh phương trình đường làm việc – Số mâm
lý thuyết...........................................................................12
V. Xác đònh số mâm thực tế........................................14
CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN THÁP CHƯNG CẤT ..........................16
CHƯƠNG 5 : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ NGƯNG TỤ SỐ 1............20
I.
Cân bằng nhiệt lượng cho toàn tháp chưng cất
…............................................................................................20
II. Thiết bò ngưng tụ sản phẩm đỉnh số 1...............21
1. Nhiệt lượng của thiết bò ngưng tụ.......................21

2. Xác đònh bề mặt truyền nhiệt...........................21
III. Tính toán cơ khí ...............................................................25
1. Bề dày thân...........................................................25
2. Nắp .25
3. Bích ghép thân và nắp.........................................26
4. Đường kính các ống dẫn – Bích ghép các ống
dẫn.
27
5. Tính vỉ ống .............................................................31
6. Chân đỡ ..................................................................31
CHƯƠNG 6 : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ...................................33
I.
Thiết bò ngưng tụ sản phẩm đỉnh số 2…............33
II. Thiết bò đun sôi đáy tháp.........................................36
III. Thiết bò làm nguôïi sản phẩm đỉnh....................39
IV. Thiết bò làm nguội sản phẩm đáy.......................43
V. Bồn cao vò .......................................................................46

Trang 2


ĐAMH Q trình & Thiết bị

GVHD : Vũ Bá Minh

VI. Bơm. .....................................................................................50
CHƯƠNG 7 : TÍNH KINH TẾ............................................................53
Kết luận… ………………..................................................................53
Tài liệu tham khảo......................................................................54


Chương 1 :

TỔNG QUAN
Trang 3


ĐAMH Quá trình & Thiết bị

GVHD : Vũ Bá Minh

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 Benzen – Toluen


Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm benzen và một ít toluen.

Sản phẩm đáy chủ yếu là toluen và một ít benzen.
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 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 cất
- Cấp nhiệt ở đáy tháp :
 Cấp nhiệt trực tiếp
 Cấp nhiệt gián tiếp
Vậy : Đối với hệ Benzen – Toluen, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục, tận dụng
nhiệt lượng toả ra từ thiết bị ngưng tụ để đun nóng dòng nhập liệu 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.
 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 đượ 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.

Trang 4


ĐAMH Quá trình & Thiết bị

GVHD : Vũ Bá Minh

 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
- Cấu tạo khá đơn giản.
- Trở lực thấp.
Ưu
- Làm việc được với chất lỏng bẩn
điểm
nếu dùng đệm cầu có ρ ≈ ρ của
chất lỏng.
- Do có hiệu ứng thành → hiệu suất
truyền khối thấp.
- Độ ổn định không cao, khó vận
Nhược hành.
điểm - Do có hiệu ứng thành → khi tăng
năng suất thì hiệu ứng thành tăng
→ khó tăng năng suất.

- Thiết bị khá nặng nề.

Tháp mâm xuyên lỗ

Tháp chóp

- Trở lực tương đối thấp.
- Hiệu suất khá cao.

- Khá ổn định.
- Hiệu suất cao.

- 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 : ta sử dụng tháp mâm xuyên lỗ để chưng cất hệ Benzen – Toluen.

II. GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU :
1. Benzen & Toluen :
Benzen: là một hợp chất mạch vòng, ở dạng lỏng không màu và có mùi thơm nhẹ.Công thức
phận tử là C6H6. 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
Các tính chất vật lí của benzen:
o Khối lượng phân tử:78.11
o Tỉ trọng(20oc): 0.879
o Nhiệt độ sôi:80oc
o Nhiệt độ nóng chảy:5.5oc
Toluen: là một hợp chất mạch vòng,ở dạng lỏng và có tính thơm ,công thức phân tử tương tự
như benzen có gắn thêm nhóm –CH3.Không phân cực,do đó toluen tan tốt trong
benzen.Toluen có tính chất dung môi tương tự benzen nhưng độc tính thấp hơn nhiều, nên
ngày nay thường được sử dụng thay benzen làm dung môi trong phòng thí nghiệm và trong
công nghiệp.
Các tính chất vật lí của toluen:
o Khối lượng phân tử : 92.13
o Tỉ trọng (20oC) : 0.866
o Nhiệt độ sôi : 111oC
o Nhiệt độ nóng chảy : -95 oC
Các phương thức điều chế :
o Đi từ nguồn thiên nhiên
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….

Trang 5


ĐAMH Quá trình & Thiết bị

GVHD : Vũ Bá Minh

o Đóng vòng và dehiro hóa ankane
o Các ankane có thể tham gia đóng vòng và dehidro hóa tạo thành hidro cacbon thơm ở

nhiệt độ cao và có mặt xúc tác như Cr2O3, hay các lim loại chuyển tiếp như Pd, Pt
Cr2O3 / Al2O3
→ C6H6
CH3(CH2)4CH3   
o Dehidro hóa các cycloankane
Các cycloankane có thể bị dehidro hóa ở nhiệt độ cao với sự có mặt của các xúc tác
kim loại chuyển tiếp tạo thành benzen hay các dẫn xuất cảu benzen
Pt / Pd
C6H12 → C6H6
o Đi từ acetylen
Đun acetane trong sự có mặt cảu của xúc tác là than hoạt tính hay phức của niken như
Ni(CO)[(C6H5)P] sẽ thu được benzen
xt
3C2H2 →
C6H6
o Từ benzen ta có thể điều chế được các dẫn xuất của benzen như toluen bằng phản ứng
Friedel-Crafts (phản ứng ankyl hóa benzen bằng các dẫn xuất ankyl halide với sự có
mặt cảu xúc tác AlCl3 khan
C6H6 + CH3- Cl AlCl

3 → C6H5-CH3
2. Hỗn hợp benzen – toluen :
Ta có bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp Benzen –
Toluen ở 760 mmHg.
x (% phân mol)
y (% phân mol)
t (oC)

0
0

110,6

5
11,8
108,3

10
21,4
106,1

20
38
102,2

30
51,1
98,6

40
61,9
95,2

50
71,2
92,1

60
79
89,4


70
85,4
86,8

80
91
84,4

90
95,9
82,3

100
100
80,2

Chương 2 :

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Hỗn hợp Benzen – Toluen có nồng độ benzen là 30% (phần mol), nhiệt độ nguyên liệu
lúc đầu là 300C tại bình chứa nguyên liệu (1), được bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3). Dòng

Trang 6


ĐAMH Quá trình & Thiết bị

GVHD : Vũ Bá Minh

nhập liệu được đưa qua trao đổi nhiệt với thiết bị ngưng tụ hơi sản phẩm đỉnh số 1 (5). Sau đó

hỗn hợp được đưa vào tháp chưng cất (8) ở đĩa nhập liệu và bắt đầu quá trình chưng cất. Lưu
lượng dòng nhập liệu được kiểm soát qua lưu lượng kế (4).
Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn 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 (11) lôi cuốn cấu tữ 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 toluen sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp có cấu
tử benzen chiếm nhiều nhất (nồng độ 98% phần mol). Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ số 1
(5) và thiết bị ngưng tụ số 2 (6) để được ngưng tụ hoàn toàn. Một phần chất lỏng ngưng tụ đi
qua thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh (9), được làm nguội rồi được đưa qua bồn chứa sản
phẩm đỉnh (10). Phần còn lại của chất lỏng ngưng tụ được hoàn lưu về tháp ở đĩa trên cùng
với tỉ số hoàn lưu thích hợp. Một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp được bốc hơi, còn lại cấu tử
có nhiệt độ sôi cao trong chất lỏng ngày càng tăng. Cuối cùng ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp
lỏng hầu hết là cấu tử khó bay hơi (toluen). Hỗn hợp lỏng ở đáy có nồng độ benzen là 0,43%
phân mol, còn lại là toluen. Dung dịch lỏng ở đáy đi ra khỏi tháp vào nồi đun (11). Trong nồi
đun dung dịch lỏng một 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 (12) rồi đi vào bồn chứa sản
phẩm đáy.
Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là benzen, sản phẩm đáy là toluen.

Trang 7


ĐAMH Q trình & Thiết bị

GVHD : Vũ Bá Minh

3
6

5

Nu ? c
t° = 40°C

Nu ? c làm l?nh
t° = 30°C

15

T

7

T

4

8
9

t° = 40°C

T

10

Nu ? c làm l?nh
t° = 28°C


16

P

T

11
Hơi nướ
c
p=2,5 at

14

12

16
15
14

2

1

Nguyê
n liệ
u

13

t° = 43°C


12
11
10
9
8
7

13

6

Nướ
c ngưng

5
4
3
2
1

Nu ? c làm l?nh
t° = 27°C

Á
p kế
Nhiệ
t kế
Bẫ
y hơi

Bồ
n chứ
a sả
n phẩ
m đá
y
Thiế
t bòlà
m nguộ
i sả
n phẩ
m đá
y
Thiế
t bòđun sô
i đá
y thá
p
Bồ
n chứ
a sả
n phẩ
m đỉ
nh
Thiế
t bòlà
m nguộ
i sả
n phẩ
m đỉ

nh
Thá
p chưng cấ
t
Bộphậ
n chỉ
nh dò
ng
Thiế
t bòngưng tụ 2
Thiế
t bòngưng tụ 1
Lưu lượng kế
Bồ
n cao vò
Bơm
Bồ
n chứ
a nguyê
n liệ
u

STT

TÊ
N GỌI

Þ340 ; L =2

ĐẶ

C TÍNH KỸTHUẬ
T

1
5
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
2
1

SL

X18H10T
X18H10T
X18H10T
X18H10T
X18H10T

VẬ
T LIỆ

U

Trườ
ng Đại học Bá
ch Khoa TP HồChí Minh
Khoa Cô
ng nghệHoáhọc
Bộmô
n Má
y vàThiế
t bò

Đồá
n mô
n học : Quátrình & Thiế
t bò

THIẾ
T KẾTHÁ
P CHƯNG CẤ
T HỖ
N HP BENZEN - TOLUEN
LOẠI MÂ
M XUYÊ
N LỖ- NĂ
NG SUẤ
T NHẬ
P LIỆ
U : 2000 l/h
SVTH

GVHD
CNBM
Chứ
c nă
ng

Tỉlệ:

Phan Nguyễ
n Qu?nh Anh

Bả
n vẽsố
:

VũBáMinh

Họ tê
n

1/2

QUY TRÌNH CÔ
NG NGHỆ
Ngà
y HT : 01/01/09

VũBáMinh

Chữký


Ngà
y BV:

/01/09

Trang 8


ĐAMH Q trình & Thiết bị

GVHD : Vũ Bá Minh

Chương 3 :

CÂN BẰNG VẬT CHẤT
I.

CÁC THƠNG SỐ BAN ĐẦU :
Chọn loại tháp là tháp mâm xuyên lỗ.
Khi chưng luyện hỗn hợp benzen - toluen thì cấu tử dễ bay hơi là
benzen.
 Benzen : C6 H 6 ⇒ M B = 78 ( g / mol )
Hỗn hợp: 
Toluen : C6 H 5CH 3 ⇒ M T = 92 ( g / mol )
Năng suất nhập liệu : F = 2000 (lít/h)

Nồng độ nhập liệu : xF = 0,3 (kmol benzen/ kmol hỗn hợp)

Nồng độ sản phẩm đỉnh : xD = 0,98 (kmol benzen/ kmol hỗn





hợp)
Tỉ lệ thu hồi : DxD = 0,99
FxF
Nhiệt độ nhập liệu: t’FV = 30oC


Chọn:

Nhiệt độ nhập liệu: tFV = 76oC

Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi làm nguội: tWR = 35oC

Nhiệt độ dòng nước lạnh đi vào: tV = 30oC

Nhiệt độ dòng nước lạnh đi ra: tR = 40oC

Trạng thái nhập liệu là trạng thái lỏng chưa sôi.

Các ký hiệu:

 F
 D

, F: suất lượng nhập liệu tính theo kg/h, kmol/h.
, D: suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo kg/h, kmol/h.


, W: suất lượng sản phẩm đáy tính theo kg/h, kmol/h.
W

xi, xi : nồng độ phần mol, phần khối lượng của cấu

tử i.

Trang 9


ĐAMH Q trình & Thiết bị

GVHD : Vũ Bá Minh

II. XÁC ĐỊNH SUẤT LƯNG SẢN PHẨM ĐỈNH VÀ
SẢN PHẨM ĐÁY THU ĐƯC :
xF M B
0,3.78
=
= 0,2665
xF M B + (1 − xF ) M T 0,3.78 + (1 − 0,3).92
xD M B
0,98.78
xD =
=
= 0,9765
xD M B + (1 − xD ) M T 0,98.78 + (1 − 0,98).92
xF =

(


Ở 300C : ρ B = 868,25 kg / m3

ρT = 855,39( kg / m

3

)

)

1
x
1 − xF
= F +
 ρ F = 858,78 kg / m3
ρF ρB
ρT

(

)

 F = 1717.56(kg / h)
F = 19,56(kmol / h)
Từ công thức :

DxD
= 0,99
FxF


 D = 5,93 (kmol/h)
D = 464.086(kg / h)
F = D + W
Đun gián tiếp : 
 F .xF = D.xD + W .xW



W = 1253,474(kg / h)
W = 13,63(kmol / h)
xW = 0,0365
xW = 0,0043
F = 1717.56(kg / h)

D = 464.086(kg / h)

W = 1253,474(kg / h)

F = 19,56(kmol / h)

D = 5,93

W = 13,63( kmol / h)

xF = 0,3

(kmol/h)
xD = 0,98


xW = 0,0043

xF = 0,2665

xD = 0,9765

xW = 0,00365

Trang 10


ĐAMH Q trình & Thiết bị

GVHD : Vũ Bá Minh

III. XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ HỒI LƯU THÍCH HP :
* 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 đònh là vô cực nhưng chi phí điều hành (nhiên liệu,
nước và bơm…) là tối thiểu.

Trang 11


ĐAMH Q trình & Thiết bị

GVHD : Vũ Bá Minh


Hình 1: Đồ thò cân bằng pha của hệ Benzen – Toluen
Dựa vào hình 1 ⇒ yF* = 0,51
xD − y *F 0,98 − 0,51
=
= 2,2381
y *F − xF
0,51 − 0,3
Tỉ số hoàn lưu làm việc : R = 1,3Rmin + 0,3 = 3,21
Tỉ số hoàn lưu tối thiểu : Rmin =

IV . PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC - SỐ MÂM
LÝ THUYẾT:
1 . Phương trình đường nồng độ làm việc của
đoạn cất :
y=

3,21
0,98
R
x
x+
x+ D =
3,21 + 1
3,21 + 1
R +1
R +1

Trang 12



ĐAMH Q trình & Thiết bị

GVHD : Vũ Bá Minh

= 0,7625.x + 0,2328

2 . Phương trình đường nhập liệu :

Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bò ngưng tụ :
D.rD ( R + 1) = F cF (t F − t0 ) + GH 2O cH 2O (40 − 30)

(*)
Thiết bò ngưng tụ số 1 có hơi đi phía ngoài, nguyên liệu đi
trong ống.
Thiết bò ngưng tụ số 2 có hơi đi phía ngoài, nước đi phía trong
ống có tđầu = 300C, tcuối = 400C.
Xác đònh ẩn nhiệt hoá hơi rD :
•
Tra giản đồ T_x,y  tD = 80,50C
STT1/254 : rD = 93,9125kcal / kg
benzen

rDtoluen = 90,34kcal / kg
rD = rDbenzen xD + rDtoluen (1 − xD ) = 93,83kcal / kg = 392847,44 J / kg

Chọn nhiệt độ ra của dòng nhập liệu (nhiệt độ vào

•
tháp chưng cất) :
tF = 760C

tF sôi = 98,50C  tF < tF sôi : Nhập liệu ở trạng thái lỏng
chưa sôi.
Ở nhiệt độ trung bình của dòng nhập liệu :
•
ttbF =

t F + t0 76 + 30
=
= 530 C
2
2

Tra STT1/171 : cBenzen = 1888,41 J/kg.độ
cToluen = 1854,37 J/kg.độ
cF = cBenzen xF + cToluen (1 − xD ) = 1863,44 J/kg.độ
40 + 30
Ở
: c = 4178 J/kg.độ
ttb =
= 350 C
H O
•
2
Thay vào (*) : G = 14845.2228 kg/h
H O
•
Ở t = 760C  xF = 0,3
•
2


H 2O

2

Chọn xL =

xD + xF 0,3 + 0,98
=
= 0,64
2
2

Ta có phương trình làm việc của đoạn cất : y = 0,7625 .x +
0,2328
Thế xL=0,64 vào phương trình trên, ta có : yL = 0,7208
Nhiệt độ trung bình của pha lỏng phần luyện : t LL =
88,2 0C
Nhiệt độ trung bình của pha hơi phần luyện : t GL = 92 0C
-

Trang 13


ĐAMH Q trình & Thiết bị

GVHD : Vũ Bá Minh

Nhiệt dung riêng của hỗn hợp ở 89,20C :
cBenzen = 2053,4 J/kg.độ
cToluen = 2010,02 J/kg.độ


cLL = cBenzen xL .M benzen + cToluen (1 − xL ).M Toluen = 169077,3 J/kmol.độ

 hL = cLL.tLL = 1491261,58 J/kmol = 3592,27 kcal/kmol
Nhiệt dung riêng của hỗn hợp ở 920C :
-

cBenzen = 2071 J/kg.độ
cToluen = 2026,824 J/kg.độ
 hG = yL(cBenzentGL+rBenzen).MBenzen+(1- yL)(cToluentGL+rToluen).MToluen
= 11303,3 kcal/kmol
 hF = cF.tF = 154937,5 J/kg = 3249 kcal/kmol
Hệ số nhập liệu : q = hG − h F = 11303,3 − 3294 = 1,045
hG − hL 11303,3 − 3592,27
Phương trình đường nhập liệu :
•
y=

q
x
x − F = 23,46 x − 6,74
q −1
q −1

3 . Số mâm lý thuyết :

Trang 14


ĐAMH Q trình & Thiết bị


GVHD : Vũ Bá Minh

1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3

xD
R +1

0,2
0,1
0

0

0,1

0,2

0,3 0,4

0,5

0,6 0,7 0,8


0,9

1,0

Đồ thị xác định số mâm lý thuyết :
Từ đồ thò, ta có : 17 mâm bao gồm :
7 mâm cất
1 mâm nhập liệu
9 mâm chưng (8 mâm chưng +
1 nồi đun)
Tóm lại, số mâm lý thuyết là Nlt = 17 mâm.

V . XÁC ĐỊNH SỐ MÂM THỰC TẾ:
Số mâm thực tế tính theo hiệu suất trung bình :
N
N tt = lt
η tb
trong đó: ηtb : hiệu suất trung bình của đóa, là một hàm số
của độ bay hơi tương đối và độ nhớt của hỗn hợp lỏng : η =
f(α,µ).
Ntt : số mâm thực tế.
Nlt : số mâm lý thuyết.
• Xác đònh hiệu suất trung bình của tháp η tb :
+ Độ bay tương đối của cấu tử dễ bay hơi :

y* 1− x
α=
1− y* x
Trang 15



ĐAMH Q trình & Thiết bị

GVHD : Vũ Bá Minh

Với : x : phân mol của rượu trong pha lỏng .
y* : phân mol của rượu trong pha hơi cân bằng với
pha lỏng.
* Tại vò trí nhập liệu :
xF = 0,3 ta tra đồ thò cân bằng của hệ : y*F = 0,51
tF = 76 oC
*
y F 1− xF
0,51 1 − 0,3
=
.
+ αF =
= 2,43
*
1− y F xF
1 − 0,51 0,3
+ Từ tF = 76 oC, tra bảng I.101, trang 91, [5] :
µ Benzen = 0,329.10 −3 N .s / m 2

µToluen = 0,323.10 −3 N .s / m 2
lg µ F = x F . lg µ Benzen + (1 − xF ). lg µToluen

(công


thức

(I.12),

trang 84, [5])
 µ F = 0,325.10 −3 N .s / m 2 = 0,325cP
Suy ra : αF . µ F = 2,43.0,325 = 0,79
Tra hình IX.11, trang 171, [6] : η F = 0,52
* Tại vò trí mâm đáy :
xW = 0,0043 ta tra đồ thò cân bằng của hệ : y*W = 0,03
tW = 110,2 oC
y*W 1 − x W
0,03 1 − 0,0043
.
=
.
+ αW =
= 7,162
*
1− y W xW
1 − 0,03 0,0043
+ Từ tW = 110,2 oC, tra bảng I.101, trang 91, [5] :
µ Benzen = 0,271.10 −3 N .s / m 2

µToluen = 0,299.10 −3 N .s / m 2
lg µW = xW . lg µ Benzen + (1 − xW ). lg µToluen (công

thức

(I.12),


trang 84, [5])
 µW = 0,299.10 −3 N .s / m 2 = 0,299cP
Suy ra : αW . µ W = 7,162.0,299 = 2,14
Tra hình IX.11, trang 171, [6] : ηW = 0,41
* Tại vò trí mâm đỉnh :
xD = 0,98 ta tra đồ thò cân bằng của hệ : y*D = 0,99
tD = 80,5 oC
y* D 1 − x D
0,99 1 − 0,98
α
=
=
.
+ D
= 2,02
*
1− y D xD
1 − 0,99 0,98
+ Từ tD = 80,5 oC, tra bảng I.101, trang 91, [5] :
µ Benzen = 0,315.10 −3 N .s / m 2

µToluen = 0,313.10 −3 N .s / m 2
lg µ D = xD . lg µ Benzen + (1 − xD ). lg µToluen (công

thức

(I.12),

trang 84, [5])

 µ D = 0,313.10 −3 N .s / m 2 = 0,313cP
Suy ra : αF . µ F = 2,02.0,313 = 0,63

Trang 16


ĐAMH Q trình & Thiết bị

GVHD : Vũ Bá Minh

Tra hình IX.11, trang 171, [6] : η D = 0,56
Suy ra: hiệu suất trung bình của tháp :
η + ηW + η D 0,52 + 0,41 + 0,56
=
= 0,5
ηtb = F
3
3
• Số mâm thực tế của tháp Ntt :
17
N tt =
= 34 mâm
0,5
Vậy chọn Ntt = 34 mâm , gồm : 14 mâm cất
1 mâm nhập liệu
19 mâm chưng

Chương 4 :

TÍNH TOÁN THÁP CHƯNG CẤT

* Đường kính tháp chưng cất (Dt) :
Dt =

4Vtb
g tb
= 0,0188
π.3600.ω tb
( ρ y .ω y ) tb

(m)

Vtb :lượng hơi trung bình đi trong tháp (m3/h).
ωtb :tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (m/s).
gtb : lượng hơi trung bình đi trong tháp (Kg/h).
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng và đoạn cất khác
nhau.Do đó, đường kính đoạn chưng và đoạn cất cũng khác
nhau .
1. Đường kính đoạn cất :
a . Lượng hơi trung bình đi trong tháp :

Trang 17


ĐAMH Q trình & Thiết bị

GVHD : Vũ Bá Minh

g d + g1
kg/h
2

gd : lượng hơi ra khỏi đóa trên cùng của tháp kg/h
g1 : lượng hơi đi vào đóa dưới cùng của đoạn cất kg/h
• Xác đònh gd : gd = D.(R+1) =5,93.(3,21+1) = 24,9653 kmol/h
= 1954,28 kg/h
(Vì MhD =78.yD+(1-yD).92 = 78,28 kg/kmol
• Xác đònh g1 : Từ hệ phương trình :
 g1 = G1 + D

 g1 . y1 = G1 .x1 + D.x D (IV.1)
 g .r = g .r
d d
 1 1
Với : G1 : lượng lỏng ở đóa thứ nhất của đoạn cất .
r1 : ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đóa
thứ nhất của đoạn cất
rd : ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi ra ở đỉnh
tháp .
* Tính r1 : t1 = tFs = 98,5oC , tra bảng I.212, trang 254, [5] ta
có :
Ẩn nhiệt hoá hơi của Benzen : rB1 = 90,7625 kcal/kg.
Ẩn nhiệt hoá hơi của Toluen : rT1 = 88,18 kcal/kg .
Suy ra : r1 = rB1.y1 .78+ (1-y1).rT1.92 = 7079,475y1 + 8112,56 8112,56y1
 r1 = 8112,56 – 1033,085y1
kcal/kmol
o
* Tính rd : tD = 80,5 C , tra bảng I.212, trang 254, [5] ta có :
Ẩn nhiệt hoá hơi của Benzen : rBd = 94 kcal/kg.
Ẩn nhiệt hoá hơi của Toluen : rTd = 90,4 kcal/kg .
Suy ra : rD = rBd.yD .78+ (1-yD).rTd.92 = 7332yD + 8316.8 8316,8yD
 rD = 8316,8 – 984,8yD = 7344,8971 kcal/kmol

* x1 = xF = 0,3
Giải hệ (IV.1) , ta được : G1 = 18,12 kmol/h
y1 = 0,468 (phân mol benzen) _ M1 =85,448
g1 = 2055,37 kg/h
1954,28 + 2055,37
= 2004,825 kg/h
Vậy : gtb =
2
b . Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :
Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp với mâm xuyên lỗ
có ống chảy chuyền :
ρ
ω gh = 0,05. xtb
ρ ytb
g tb =

Với : ρxtb : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng kg/m3 .
ρytb : khối lượng riêng trung bình của pha hơi kg/m3 .
• Xác đònh ρ ytb :
[ y .78 + (1 − ytb ).92].273
ρ ytb = tb
22,4.( ttb + 273)

Trang 18


ĐAMH Q trình & Thiết bị

GVHD : Vũ Bá Minh


Với: + Nồng độ phân mol trung bình : y tb =

y1 + y D 0,468 + 0,98
=
2
2

= 0,724
+ Nhiệt độ trung bình đoạn cất : t tb =

t1 + t D 98,5 + 80,5
=
=
2
2

89,5 oC
Suy ra : ρytb =2,752 kg/m3.
• Xác đònh ρ xtb :
Nồng độ phân mol trung bình : xtb =

xF + xD
0,3 + 0,98
=
= 0,64
2
2

78.xtb
= 60 %.

78.xtb + (1 − xtb ).92
ttb = 89,5oC , tra bảng I.2, trang 9, [5], ta có :
ρbenzen = 804kg / m3
Suy ra : xtb =

ρtoluen = 798kg / m3
1
x
1 − xtb
= tb +
ρ xtb ρbenzen ρ toluen
ρxtb = 802 kg/m3
802
= 0,854 m/s
2,752
Để tránh tạo bọt ta chọn tốc độ hơi trung bình đi trong tháp
Suy ra : ω gh = 0,05.
:

ωh = 0,8.ω gh = 0,8.0,854 = 0,6832 (m/s)
Vậy :đường kính đoạn cất :
2004,852
Dcất = 0,0188.
= 0,614 m
2,752.0,6832
2. Đường kính đoạn chưng :
a . Lượng hơi trung bình đi trong tháp :
g , n + g ,1
; kg/h
g , tb =

2
g’n : lượng hơi ra khỏi đoạn chưng ; kg/h.
g’1 : lượng hơi đi vào đoạn chưng ; kg/h.
• Xác đònh g’n : g’n = g1 = 2055,37 kg/h
• Xác đònh g’1 : Từ hệ phương trình :
G '1 = g '1 + W
 '
'
G 1 .x '1 = g 1 . yW + W .xW (IV.2)
 g ' .r ' = g ' .r ' = g .r
n
n
1 1
 1 1
Với : G’1 : lượng lỏng ở đóa thứ nhất của đoạn chưng .
r’1 : ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đóa thứ
nhất của đoạn chưng.
* Tính r’1 : xW =0,0043 tra đồ thò cân bằng của hệ ta có :
y*W =0,03
Suy ra :Mtbg’ =78.yW +(1-yW).92 = 91,58 kg/kmol

Trang 19


ĐAMH Q trình & Thiết bị

GVHD : Vũ Bá Minh

t’1 = tW = 110,2 oC, tra bảng I.212, trang 254, [5], ta có :
Ẩn nhiệt hoá hơi của Benzen : r’B1 = 88,525 kcal/kg.

Ẩn nhiệt hoá hơi của Toluen : r’T1 = 86,525 kcal/kg .
 r’1 = r’R1.yW + (1-yW).r’N1 =33187,7 kJ/kmol = 362,39 kcal/kmol
* Tính r1 :
r1 = 8112,56 – 1033,085y1 = 8112,56 –
1033,085.0,468
= 7629,08 kcal/kmol = 31933,79 kJ/kmol
* W = 13,63 kmol/h
Giải hệ (IV.2) , ta được :
x’ 1 = 0,024 (phân mol etanol) _
MtbG’ = 91,71
G’1 = 36,7007 kmol/h
g’1 = 23,053 kmol/h = 2114,3kg/h
2055,37 + 2114,3
= 2084,835 kg/h
Vậy : g’tb =
2
b . Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :
Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp với mâm xuyên lỗ
có ống chảy chuyền :
ρ ' xtb
ω ' gh = 0,05.
ρ ' ytb
Với : ρ'xtb : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng kg/m3 .
ρ 'ytb : khối lượng riêng trung bình của pha hơi kg/m3 .
• Xác đònh ρ’ytb :
[ y' .78 + (1 − y'tb ).92].273
ρ ' ytb = tb
22,4.( t 'tb +273)
Với: + Nồng độ phân mol trung bình :
y + yW

0,468 + 0,03
y’tb = 1
=
= 0,249
2
2
t +t
76 + 110,2
+ Nhiệt độ trung bình đoạn chưng : t’ tb = F W =
=
2
2
93,1oC
 ρ ’ytb =2,94 kg/m3.
• Xác đònh ρ’xtb :
x + xW
0,3 + 0,0043
Nồng độ phân mol trung bình : x’tb = F
=
=
2
2
0,152
78.x'tb
Suy ra : x'tb =
=7,6% .
78.x 'tb +(1 − x'tb ).92
t’tb = 93,1oC , tra bảng I.2, trang 9, [5], ta có :
3
Suy ra : ρ 'benzen = 799,79kg / m


ρ 'toluen = 794,37kg / m3
1
x'tb
1 − x'tb
=
+
ρ 'xtb ρ 'benzen ρ 'toluen
 ρ ’xtb = 794,78 kg/m3

Trang 20


ĐAMH Q trình & Thiết bị

GVHD : Vũ Bá Minh

794,78
= 0,822 m/s
2,94
Để tránh tạo bọt ta chọn tốc độ hơi trung bình đi trong tháp
Suy ra : ω 'gh = 0,05.
:

ω 'h = 0,8.ω ' gh = 0,8.0,822 = 0,658 m/s
Vậy :đường kính đoạn cất :
2084,835
Dchưng= 0,0188.
= 0,617 (m).
2,94.0,658

Kết luận : hai đường kính đoạn cất và đoạn chưng không
chênh lệch nhau quá lớn nên ta chọn đường kính của toàn
tháp là : Dt = 0,65 (m).
Khi đó tốc độ làm việc thực ở :
0,01882.g tb 0,01882.2004,852
=
= 0,609 (m/s).
+ Phần cất
: ωlv =
2
0,652.2,752
Dt .ρ ytb
+ Phần chưng : ω’lv =

0,01882.g 'tb 0,01882.2084,835
=
= 0,593 (m/s).
2
0,652.2,94
Dt .ρ ' ytb

Chương 5 :

Trang 21


ĐAMH Q trình & Thiết bị

GVHD : Vũ Bá Minh


TÍNH TOÁN THIẾT BỊ NGƯNG
TỤ
 Đây là thiết bò ngưng tụ trao đổi nhiệt với nhập liệu
(Thiết bò ngưng tụ số 1)
I. CÂN BẰNG NHIỆT LƯNG CHO TOÀN THÁP CHƯNG
CẤT:
QF + QĐ + QL0 = QD + QW + Qm

•

Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào QF (J/h)
QF = F .cF .t F '
F = 1717,56 kg/h
cF : nhiệt dung riêng tại tF’ = 760C:
t F ' = 760 C : nhiệt độ đi vào của hỗn hợp đầu ( ở trạng thái lỏng
chưa sôi )
Tra STT1/171 : cBenzen = 1996,212 J/kg.độ
cToluen = 1956,072 J/kg.độ
cF = cBenzen xF + cToluen (1 − xF ) = 1966,77 J/kg.độ
Vậy: QF = 1717,56.1966,77.76 = 256731456,6 J/h.
• Nhiệt tiêu tốn ở đáy tháp QĐ (J/h):
QĐ = DĐ rĐ
Dùng hơi nước ở áp suất 2.5 at , r2 = 2189.5 kJ/kg, to= 126.25 oC
λĐ : (hàm nhiệt) nhiệt lượng riêng của hơi đốt ( J/Kg)
rĐ : ẩn nhiệt hóa hơi ( J/Kg)
tĐ , CĐ : nhiệt độ oC và nhiệt dung riêng của nước ngưng
(J/Kg.độ)
• Nhiệt lượng do lưu lượng lỏng hồi lưu mang vào :
QL0 = L0 .cL0 .t nt
cL0 : nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh sau ngưng tụ

Ở tD = 80,5oC : cD = x D .cBenzen + (1- x D ).cToluen
= 0,976.2017,3 +(1 - 0,976).1975,971 = 2016,3 J/kg.độ.
L0 = D.R = 464,086.3,21 = 1489,72 kg/h
⇒ QL0 = L0 .cL0 .t nt = 1489,72 . 2016,3 . 80,5 = 241799656,1 J/h
•

Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp QD :
QD = D .( 1+ R).λD
λD : Nhiệt lượng riêng của hơi ở đỉnh tháp J/kg
λD =λ Benzen . yD +λToluen ( 1 - yD )
Với yD = 0,99 (phần khối lượng )
tD = 80,5 oC : Xác đònh rD (ẩn nhiệt hoá hơi của sản phẩm

đỉnh):

Ẩn nhiệt hoá hơi của Benzen : rBd = 94 kcal/kg = 393559,2 J/kg.
Ẩn nhiệt hoá hơi của Toluen : rTd = 90,4 kcal/kg = 378486,72 J/kg.
cBenzen = 1888,41 J/kg.độ

Trang 22


ĐAMH Q trình & Thiết bị

GVHD : Vũ Bá Minh

cToluen = 1854,37 J/kg.độ
=>λBenzen = rBenzen + cBenzen.tD = 545576,205 J/kg
λToluen = rToluen + cToluen.tD = 527763,505 J/kg
=> λD = 545398,078 J/kg

=>
QD = 464,086 . (1 + 3,21).545398,078 = 1065599888 J/h
• Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra Qw :
Qw = W .Cw .tw

W = 1253,47 kg/h ; xw = 0.00365
tw = 110,2oC
Do sản phẩm đáy chứa nhiều Toluen nên nhiệt dung riêng
của sản phẩm đáy có thể tính gần đúng theo công thức sau:
cW = (1- xW ).2107,3 = (1- 0,00365).2107,3 = 2099,61 J/kg.
→ Qw = 290028299,7 J/h
• Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh Qm :
Lấy Qm = 5%QĐ
Vậy lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi dung dòch ở đáy tháp
:
QD + QW + Qm − QF − QL0 QD + QW − QF − QL0
D2 =
=
= 412,06kg / h
r2
0,95.r2
+ Nhiệt độ nguyên liệu ban đầu: t’F = 30oC.
Chọn :
+ Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau khi làm nguội:
o
t’D = 35 C.

II. THIẾT BỊ NGƯNG TỤ SẢN PHẨM ĐỈNH SỐ 1 :

Chọn thiết bò ngưng tụ vỏ – ống loại TH đặt nằm ngang.

Ống truyền nhiệt được làm bằng thép X18H10T, kích thước
ống: 20x2, chiều dài ống là L = 2 m.
Chọn nguyên liệu đi trong ống với nhiệt độ đầu : t1 = 30oC,
nhiệt độ cuối: t2 = 76oC.
Các tính chất lý học của nguyên liệu được tra tài liệu [5] ứng
với nhiệt độ trung bình ttbF = t1 + t 2 = 53oC :
2
+ Nhiệt dung riêng : cF = 1863,44 J/kg.độ.
+ Khối lượng riêng : ρF = 835,83 kg/m3.
+ Độ nhớt động lực : µF = 0,4129.10-3 N.s/m2.
+ Hệ số dẫn nhiệt : λF = 0,1447 W/m.K.
1 . Nhiệt lượng của thiết bò ngưng tụ số 1:
Qnt1 = F .cF .(t 2 − t1 ) = 1717,56.1863,44.(76 − 30) = 147226220.3 J / h = 40896,15 J / s
2 . Xác đònh bề mặt truyền nhiệt :
Bề mặt truyền nhiệt được xác đònh theo phương trình truyền
nhiệt:
Qnt1
Ftb1 = K .∆t
,(m2)
(V.2).
1
log 1

Với: + K1 : hệ số truyền nhiệt.
+ ∆tlog1 : nhiệt độ trung bình logarit.

Trang 23


ĐAMH Q trình & Thiết bị


GVHD : Vũ Bá Minh

• Xác đònh ∆tlog :
Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên:
(80,5 − 30) − (80,5 − 76)
∆tlog =
= 19,025
80,5 − 30
K.
ln
80,5 − 76
• Xác đònh hệ số truyền nhiệt K:
Hệ số truyền nhiệt K được tính theo công thức:
1
K=
1
1
,(W/m2.K)
(V.3).
+ Σrt +
αF
αD
Với: + αF : hệ số cấp nhiệt của nguyên liệu trong ống
(W/m2.K).
+ αD : hệ số cấp nhiệt của hơi ngưng tụ (W/m2.K).
+ ∑rt : nhiệt trở của thành ống và lớp cáu.
* Xác đònh hệ số cấp nhiệt của nguyên liệu trong ống:
Chọn vận tốc nguyên liệu đi trong ống: vF = 0,32 m/s.
Số ống trong một chặng :

G
4
0,5
4
n= F.
=
.
~ 10 ống.
2
ρ F π .d tr .vF 835,83 π .0,016 2.0,32
Chuẩn số Reynolds :
v d .ρ
0,32.0,016.835,83
Re F = F . tr F =
= 10363,35 > 104 : chế độ
µF
0,4129.10 −3
chảy rối, công thức xác đònh chuẩn số Nusselt có
dạng:
0 ,8
0, 43 Pr
Nu F = 0,021.ε l . Re F PrF .( F ) 0, 25
Prw
Trong đó:
+ εl : hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào Re N và tỷ
lệ chiều dài ống với đường kính ống : Re N = 10363,35
L
3
=
> 50 ,nên εl =1.

và
d tr 0,016
+ PrF : chuẩn số Prandlt của nguyên liệu ở 53 oC,
nên PrF = 5,32.
+ Prw : chuẩn số Prandlt của nước ở nhiệt độ
trung bình của vách.
106,67
Suy ra: Nu F =
0 , 25
Prw
Hệ số cấp nhiệt của nguyên liệu trong ống:
Nu F .λF 106,67.0,1447 964,7
=
=
αF =
0 , 25
0 , 25
d tr
PrW .0,016 PrW
Nhiệt tải phía nguyên liệu :
964,7
qF = α F .(t w 2 − ttbF ) =
(t w 2 − 53) (W/m2)
(V.4).
0 , 25
PrW
Với tw2 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với nguyên
liệu (trong ống).

Trang 24



ĐAMH Q trình & Thiết bị

GVHD : Vũ Bá Minh

* Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu:
t −t
qt = w1 w 2 , (W/m2).
Σrt
Trong đó:
+ tw1 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với hơi sản
phẩm đỉnh (ngoài ống).
δt
+ rc
+ Σrt =
λt
Bề dày thành ống: δt = 2 (mm).
Hệ số dẫn nhiệt của thép không gỉ: λt = 17,5
(W/m.K).
Nhiệt trở trung bình của lớp bẩn trong ống với
nguyên liệu:
rc = 1/5800 (m2.oK/W).
Nhiệt trở trung bình của lớp bẩn ngoài ống
với sản phẩm :
rc = 1/5800 (m2.oK/W).
Suy ra: ∑rt = 1/2178,11 (m2.oK/W).
Vậy: qt = 2178,11.(tw1-tw2)
(V.5)
* Hệ số cấp nhiệt của hơi ngưng tụ:


α D = 0,725.4

rD .λD .ρ D
A
=
µ D .(t D −t w1 ).d ng (80,5 − t w1 ) 0, 25
3

r .λ .ρ
Đặt: A= 0,725.4 D D D
µ D .d ng
3

2

2

với [rD]=[J/kg].

Ẩn nhiệt ngưng tụ: rD = 392847,44 J/kg.
Nhiệt tải ngoài thành ống:
qD = αD.(80,5-tw1) = A.(80,5-tw1)0,75
(V.6).
Từ (V.4), (V.5), (V.6) ta dùng phương pháp lặp để xác đònh t w1,
tw2 :
Chọn: tw1 = 73,7oC :
Các tính chất lý học của hơi ngưng tụ được tra [5] ứng với
t +t
80,5 + 73,7

= 77,1 oC :
nhiệt độ trung bình ttbD = D w1 =
2
2
+ Khối lượng riêng : ρD = 816,97 kg/m3.
+ Độ nhớt động lực : µD = 0,325.10-3 N.s/m2.
+ Hệ số dẫn nhiệt : λD = 0,1507 W/m.K.
Khi đó: A = 2485,156
Từ (V.6): qD = 2485,156 . (80,5-73,7)0,75 = 10465,597 W/m2.
Xem nhiệt tải mất mát là không đáng kể: q t = qD
=10465,597 W/m2.
qt
Từ (V.5), ta có: tw2 = tw1 = 68,895 oC
2178,11
Các tính chất lý học của nguyên liệu được tra tài liệu [5]
t +t
73,7 + 68,895
= 71,2975 oC:
ứng với nhiệt độ trung bình ttbw = w1 w 2 =
2
2

Trang 25