ĐỒ ÁN QÚA TRÌNH CƠ BẢN TRONG MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Viện khoa học & Công nghệ Môi trường

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Họ và tên sinh viên: Đỗ Thị Nguyệt
Lớp: Công nghệ môi trườngA – K46
I. ĐẦU ĐỀ THIẾT KẾ:
Thiết kế hệ thống tháp chưng luyện trong sản xuất sạch.
II. CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU:
Hỗn hợp cần tách:
Etylic – nước.
Lưu lượng hỗn hợp đầu vào tháp( Kg h ):
F = 3000 Kg h .
Nồng độ hỗn hợp đầu (phần khối lượng):
aF = 35%
aP = 95%
Nồng độ sản phẩm đỉnh (phần khối lượng):
Nồng độ sản phẩm đáy (phần khối lượng):
aW= 2%.
Thiết bị chưng luyện:
Tháp chóp
III. NỘI DUNG CÁC PHẦN THUYẾT MINH TÍNH TOÁN:
1. Mở đầu.

2. Tính toán thiết kế tháp chưng luyện (mô phỏng theo một số điều kiện).
Đường kính.
Chiều cao.
Trở lực của tháp.
Các chi tiết tháp.
3. Tính toán thiết bị truyền nhiệt đun sôi hỗn hợp đầu.
4. Tính toán hệ thống bơm hỗn hợp đầu.
5. Tính chọn cơ khí .
6. Kết luận.
IV. CÁC BẢN VẼ VÀ ĐỒ THỊ.
- Bản vẽ sơ đồ dây chuyền.
- Bản vẽ hệ thống tháp.
V. Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thị Thu Thuỷ
VI. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: Ngày 16 tháng 08 năm2004
VII. Ngày hoàn thành nhiệm vụ:
Ngày 08 tháng 11 năm 2004
Chủ nhiệm khoa
Cán bộ hướng dẫn
(Họ tên và chữ ký)
(Họ tên và chữ ký)

Đánh giá kết qủa:
Điểm thiết kế
:
Điểm bảo vệ :

ĐỖ THỊ NGUYỆT – MÔI TRƯỜNGA- K46

Ngày tháng năm 2004
Cán bộ bảo vệ

(Họ tên và chữ ký)

1


ĐỒ ÁN QÚA TRÌNH CƠ BẢN TRONG MÔI TRƯỜNG

MỤC LỤC
Phần mở đầu..............................................................................................3
Vẽ và thuyết minh dây chuyền................................................................3
Tính toán thiết bị chính............................................................................7
I.Tính cân bằng vật liệu..................................................................7
II.Đường kính tháp.........................................................................9
III.Số đĩa thực tế và chiều cao tháp...............................................15
IV. Tính toán cơ khí......................................................................22
V. Trở lực......................................................................................37
Cân bằng nhiệt........................................................................................42
I. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu....................................................42
II.Tháp chưng luyên.......................................................................43
III. Thiết bị ngưng tụ.....................................................................46
IV.Thiết bị làm lạnh......................................................................47
Tính và chọn thiết bị phụ......................................................................46
I. Tính và chọn thiết bị gia nhiệt....................................................48
II.Tính bơm...................................................................................54
Kết lụân.................................................................................................65.
Tài liệu tham khảo................................................................................67
ĐỖ THỊ NGUYỆT – MÔI TRƯỜNGA- K46

2



ĐỒ ÁN QÚA TRÌNH CƠ BẢN TRONG MÔI TRƯỜNG
Phụ lục.....................................................................................................65

PHẦN MỞ ĐẦU
Trong công nghiệp, việc phân tách các cấu tử từ hỗn hợp ban đầu là rất cần thiết
nhằm mục đích hoàn thiện, khai thác, chế biến...
Có rất nhiều phương pháp phân tách các cấu tử trong công nghiệp, trong đó có
phương pháp chưng luyện là một trong những phương pháp hay được sử dụng.
Chưng là phương pháp tách các cấu tử từ hỗn hợp ban đầu dựa vào độ bay hơi khác
nhau của chúng trong hỗn hợp. Hỗn hợp này có thể là chất lỏng hoặc chất khí, thường khi
chưng một hỗn hợp có bao nhiêu cấu tử ta sẽ thu được bấy nhiêu sản phẩm. Với hỗn hợp
có hai cấu tử ta sẽ thu được hai sản phẩm là sản phẩm đỉnh gồm phần lớn là cấu tử dễ bay
hơi và sản phẩm đáy chứa phần lớn là cấu tử khó bay hơi.
Trong thực tế có thể gặp rất nhiều kiểu chưng khác nhau như : Chưng bằng hơi
nước trực tiếp, chưng đơn giản, chưng luyện... Chưng luyện là phương pháp chưng phổ
biến nhất dùng để tách hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hoà tan hoàn toàn hoặc
một phần vào nhau.
Chưng luyện là một phương thức sản xuất đang được ứng dụng rộng rãi trong thực
tế và đem lại hiệu quả kinh tế cao .Do dó việc nghiên cứu thiết bị và qui trình công nghệ
là một công việc có ý nghĩa rất quan trọng .
Do thời gian có hạn và để đi sâu vào nội dung chính ,đồ án chỉ thực hiện và giải
quyết việc tính toán kỹ thuật và thiết kế tháp chưng luyện chưa đi sâu tính toán hết thiết
bị phụ .
Nội dung đồ án bao gồm các phần sau :

Sơ đồ nguyên lý dây chuyền sản xuất .

tính toán cân bằng vật liệu của tháp .


xác định đường kính của tháp .

xác định số đĩa thực tế bằng phương pháp đường cong động học và từ đó xác định
chiều cao tháp .

tính toán và chọn thiết bị phụ .

tính toán cơ khí .

VẼ VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT
I. Thuyết minh dây chuyền sản xuất :
Hỗn hợp đầu từ thùng chứa 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,
hỗn hợp đầu (được điều chỉnh nhờ van và lưu lượng kế) qua thiết bị đun nóng dung
ĐỖ THỊ NGUYỆT – MÔI TRƯỜNGA- K46

3


ĐỒ ÁN QÚA TRÌNH CƠ BẢN TRONG MÔI TRƯỜNG
dịch 4. Tại đây, dung dịch được gia nhiệt bằng hơi nước bão hoà đến nhiệt độ sôi. Sau
đó, dung dịch được đưa vào tháp chưng luyện qua đĩa tiếp liệu.
Tháp chưng luyện gồm hai phần : Phần từ đĩa tiếp liệu trở lên trên là đoạn luyện,
còn từ đĩa tiếp liệu trở xuống là đoạn chưng.
Như vậy ở trong tháp, pha lỏng đi từ trên xuống tiếp xúc với pha hơi đi từ dưới lên.
Hơi bốc từ đĩa dưới lên qua các lỗ đĩa trên và tiếp xúc với pha lỏng của đĩa trên, ngưng
tụ một phần, vì thế nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng tăng dần theo chiều cao
tháp. Vì nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong lỏng tăng nên nồng độ của nó trong hơi do
lỏng bốc lên cũng tăng. Cấu tử dễ bay hơi có nhiệt độ sôi thấp hơn cấu tử khó bay hơi
nên khi nồng độ của nó tăng thì nhiệt độ sôi của dung dịch giảm. Tóm lại, theo chiều

cao tháp nồng độ cấu tử dễ bay hơi (cả pha lỏng và pha hơi) tăng dần, nồng độ cấu tử
khó bay hơi (cả pha lỏng và pha hơi) giảm dần, và nhiệt độ giảm dần. Cuối cùng, ở
đỉnh tháp ta sẽ thu được hỗn hợp hơi có thành phần hầu hết là cấu tử dễ bay hơi còn ở
đáy tháp ta sẽ thu được hỗn hợp lỏng có thành phần cấu tử khó bay hơi chiếm tỷ lệ lớn.
Để duy trì pha lỏng trong các đĩa trong đoạn luyện, ta bổ xung bằng dòng hồi lưu được
ngưng tụ từ hơi đỉnh tháp. Hơi đỉnh tháp được ngưng tụ nhờ thiết bị ngưng tụ hoàn toàn
6, dung dịch lỏng thu được sau khi ngưng tụ một phần được dẫn hồi lưu trở lại đĩa
luyện trên cùng để duy trì pha lỏng trong các đĩa đoạn luyện, phần còn lại được đưa qua
thiết bị làm lạnh 7 để đi vào bể chứa sản phẩm đỉnh 8. Chất lỏng ở đáy tháp được tháo
ra ở đáy tháp, sau đó một phần được đun sôi bằng thiết bị gia nhiệt đáy tháp 9 và hồi
lưu về đĩa đáy tháp, phần chất lỏng còn lại đưa vào bể chứa sản phẩm đáy 10. Nước
ngưng của các thiết bị gia nhiệt được tháo qua thiết bị tháo nước ngưng 11.
Như vậy, thiết bị làm việc liên tục (hỗn hợp đầu đưa vào liên tục và sản phẩm cũng
được lấy ra liên tục).

ĐỖ THỊ NGUYỆT – MÔI TRƯỜNGA- K46

4


ĐỒ ÁN QÚA TRÌNH CƠ BẢN TRONG MÔI TRƯỜNG
II. Sơ đồ dây chuyền :
N íc

6
3
N í c l¹ nh

5


7

H¬i ®èt

N íc
N í c l¹ nh

4
9

11

N í c ng ng

H¬i ®èt

11

2

1

N í c ng ng

10

8

Chú thích :
1- Thùng chứa hỗn hợp đầu

3- Thùng cao vị
5- Tháp chưng luyện
7- Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh
9- Thiết bị gia nhiệt đáy tháp
11- Thiết bị tháo nước ngưng

ĐỖ THỊ NGUYỆT – MÔI TRƯỜNGA- K46

2- Bơm
4- Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu
6- Thiết bị ngưng tụ hồi lưu
8- Thùng chứa sản phẩm đỉnh
10- Thùng chứa sản phẩm đáy

5


ĐỒ ÁN QÚA TRÌNH CƠ BẢN TRONG MÔI TRƯỜNG
TÍNH TOÁN KỸ THUẬT THIẾT BỊ CHÍNH
- 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.
- Yêu cầu thiết bị :
F : Năng suất thiết bị tính theo lượng hỗn hợp đầu = 3000(kg/h).
Thiết bị làm việc ở áp suất thường, P = 1 at
Tháp loại : Tháp chóp

- Điều kiện :

aF : Nồng độ Etylic trong hỗn hợp đầu = 35% khối lượng.
aP : Nồng độ Etylic trong sản phẩm đỉnh = 95% khối lượng.
aW : Nồng độ Etyic trong sản phẩm đáy = 2 % khối lượng.
M1 : Khối lượng phân tử của rượu Etylic = 46 kg/kmol.
M2 : Khối lượng phân tử của H2O =18 kg/kmol.
I. TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU :
1/ Tính cân bằng vật liệu :
Theo phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp :
F=P+W
Và phương trình cân bằng vật liệu cho riêng cấu tử dễ bay hơi (Etylic):

F.aF = P.aP + W.aW

⇒ Lượng sản phẩm đáy là :

W=

F (a P − a F ) 3000 . (95 − 35)
=
= 1935,4839 (kg/h)
a P − aW
95 − 2

⇒ Lượng sản phẩm đỉnh là :
P = F – W = 3000 – 1935,4839 = 1064,5161 (kg/h)
Tính lượng hỗn hợp đầu F’, lượng sản phẩm đỉnh P’, lượng sản phẩm đáy W’ theo
kmol/s :


a
1 − aF
F ' =  F +
M2
 M1


0,35 0,65 
.F = 
+
.3000 = 131,1594 (kmol / h)
18 
 46


ĐỖ THỊ NGUYỆT – MÔI TRƯỜNGA- K46

6


ĐỒ ÁN QÚA TRÌNH CƠ BẢN TRONG MÔI TRƯỜNG

a
1 − aP 
 0,95 0,05 
.P = 
P' =  P +
+
.1064,1561 = 24,8876 (kmol / h)
M

M
46
18


2 
 1
W ' = F '− P' = 131,1594 − 24,8876 = 106,2718 ( kmol / h)
2/ Tính chỉ số hồi lưu thích hợp, số đĩa lý thuyết :
Đổi nồng độ từ phần khối lượng sang phần mol :
aF / M 1
35 / 46
xF =
=
= 0,1740
a F / M 1 + (100 − a F ) / M 2 35 / 46 + 65 / 18
aP / M 1
95 / 46
xP =
=
= 0,8814
a P / M 1 + (100 − a P ) / M 2 95 / 46 + 5 / 18
aW / M 1
2 / 46
xW =
=
= 0,0079
aW / M 1 + (100 − aW ) / M 2 2 / 46 + 98 / 18
Dựa vào đường cân bằng lỏng-hơi (nội suy), ta có : y F* = 0,3021
a/ Chỉ số hồi lưu tối thiểu :


Rmin

xP − y *F 0,8814 − 0,3021
= *
=
= 4,5222
y F − xF 0,3021 − 0,1740

b/ Chỉ số hồi lưu thích hợp :
Cho R biến thiên (R >Rmin), với mỗi giá trị của R ta xác định được số đĩa lý thuyết
tương ứng :
β
1,3
1,4
1,5
1,75
2,0
2,25
2,5
R

5,8789

6,3311

6,7833

7,9139


9,0444

10,1750

N

25

23

22

20

19

18

N(R+1)

171,9725 168,6153 171,2326 178,278
Hệ số hiệu chỉnh : β =

190,8436

201,15

11,3055
17
209,1935


R
R min

Từ bảng số liệu, ta xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ R – N(R+1).
Dựa vào đồ thị , ta xác định được Rth = 6,3311
c/ Phương trình đường nồng độ làm việc :
- Đường nồng độ làm việc đoạn chưng :
Lượng hỗn hợp đầu tính theo 1 kmol sản phẩm đỉnh :

f =

F ' 131,1594
=
= 5,27
P' 24,8876

ĐỖ THỊ NGUYỆT – MÔI TRƯỜNGA- K46

7


ĐỒ ÁN QÚA TRÌNH CƠ BẢN TRONG MÔI TRƯỜNG
Phương trình :

y=

R+ f
f −1
6,3311 + 5,27

5,27 − 1
x−
xW =
x−
.0,0079
R +1
R +1
6,3311 + 1
6,3311 + 1

⇒ y = 1,58 x − 0,0046
- Đường nồng độ làm việc đoạn luyện :
Phương trình :

x
R
6,3311
0,8814
x+ P =
x+
R +1
R + 1 6,3311 + 1
6,3311 + 1
⇒ y = 0,86 x + 0,12
y=

d/ Số đĩa lý thuyết :
Với Rth = 6,3311 dựa vào đường cân bằng và đường làm việc, ta xác định được số
đĩa lý thuyết.
NLT =23

Trong đó : số đĩa đoạn chưng :2
số đĩa đoạn luyện : 21
II. ĐƯỜNG KÍNH CỦA THÁP :
1/ Lưu lượng trung bình các dòng pha đi trong tháp :
a/ Trong đoạn luyện :
Số liệu :
GP : Lượng sản phẩm đỉnh (P’) = 28,52(kmol/h).
R : Hệ số hồi lưu thích hợp = 1,614
GR : Lượng hồi lưu = GP . R =28,52.1,614=46,03 (kmol/h)
yđ=0,6174.xp+0,2116=0,6174.0,553+0,2116=0,553
♦ Lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp gđ :
gđ = GR + GP = GP . (R + 1) =28,52. (1,614+ 1) = 74,5513(kmol/h)
♦ Lượng hơi đi vào đoạn luyện g1 , nồng độ hơi y1 , lượng lỏng G1 đối với đĩa thứ
nhất của đoạn luyện, nồng độ lỏng x1 :
Coi x1 = xF = 0,0442
Phương trình cân bằng vật liệu :
g1 = G1 + GP
(1)
Phương trình cân bằng vật liệu với cấu tử dễ bay hơi (etylic) :
g1 y1 = G1 x1 + GP xP
(2)
Phương trình cân bằng nhiệt lượng :
g1 r1 = gđ rđ
(3)
r1 : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa luyện thứ nhất (kcal/kmol)
rđ : ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi ra khỏi đỉnh tháp (kcal/kmol)
Gọi :
rA : ẩn nhiệt hóa hơi của Etylic
rB : ẩn nhiệt hoá hơi của H2O.
Từ đồ thị (t,x,y) ta có :

- Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đỉnh (x = xP =0,553): tP = 79,70C
ĐỖ THỊ NGUYỆT – MÔI TRƯỜNGA- K46

8


ĐỒ ÁN QÚA TRÌNH CƠ BẢN TRONG MÔI TRƯỜNG
Nội suy theo bảng r – to (I-254) với to = 79,7°C :
rA = 202,12 (kcal/kg) = 202,12.M A (kcal/kmol) = 9297,52 (kcal/kmol)
⇒
rB = 559,3 (kcal/kg) = 518,5.M B (kcal/kmol) = 10067,4 (kcal/kmol)
⇒ rđ = rA . yđ + rB (1 - yđ) = 9297,52 . 0,553 + 10067,4 .(1- 0,553)
= 9641,66 (kcal/kmol)
- Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu (x = xF =0,0442): tF = 91,6 °C
Nội suy theo bảng r – to (I-254) với to = 91,6°C :
rA = 197,36 (kcal/kg) = 197,36.M A (kcal/kmol) = 9078,56 (kcal/kmol)
⇒
rB = 547,4 (kcal/kg) = 547,4.M B (kcal/kmol) = 9853,2 (kcal/kmol)
⇒ rl = rA . yl + rB (1 – yl) = 9078,56 . yl + 9853,2 . (1 – yl)
Từ (1);(2) và (3) ta có :
g1= G1 + 28,52
g1.y1= 0,0442.G1 + 15,77
-774,64.y1 + 9853,2.g1 = 718798,3
Giải 3 phương trình trên ta có:
G1=45,83(Kmol/h) , g1=74,35(Kmol/h) ,
⇒ Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện :

g tbL =

y1=0,239


g d + g1 74,5513 + 74,35
=
= 74,451 (kmol/h)
2
2

⇒ Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện :

GtbL =

GR + G1 46,03 + 45,83
=
= 45,93 (kmol/h)
2
2

b/ Trong đoạn chưng :
Số liệu :
GW : Lượng sản phẩm đáy (W’) = 335,35(kmol/h)
♦ Lượng hơi đi vào đoạn chưng g1, , nồng độ hơi y1, , lượng lỏng G1' đối với đĩa
thứ nhất của đoạn chưng, nồng độ lỏng x1, , lượng hơi ra khỏi đoạn chưng chính
là lượng hơi đi vào đoạn luyện g1 :
Ta có y1, = y*W là nồng độ cân bằng ứng với xW , nội suy theo bảng số liệu
đường cân bằng (II-148) :
⇒ y1, = yW* = 0,61752
Phương trình cân bằng vật liệu :

G1' = g1' + GW
ĐỖ THỊ NGUYỆT – MÔI TRƯỜNGA- K46


(1’)
9


ĐỒ ÁN QÚA TRÌNH CƠ BẢN TRONG MÔI TRƯỜNG
Phương trình cân bằng vật liệu với cấu tử dễ bay hơi (etylic) :
(2’)
G1' x1' = g1' y1' + GW xW
Phương trình cân bằng nhiệt lượng :

g1' r1' = g1r1

(3’)

rl : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi ra khỏi đoạn chưng.
⇒ rl = rA . yl + rB (1 – yl) = 9078,56 . 0,239 + 9853,2 . (1 – 0,239)
= 9668,06 (kcal/kmol)
r1’: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa chưng thứ nhất.
Từ bảng số liệu x – to sôi dd (II-148), nội suy ta có:
Nhiệt độ sôi hỗn hợp đáy (x = xW = 0,00093): tW = 99,82°C
Nội suy theo bảng r – to (I-254) với to = 99,82°C :
rA = 194,072 (kcal/kg) = 194,072.M A (kcal/kmol) = 8927,312 (kcal/kmol)
⇒
rB = 539,18 (kcal/kg) = 539,18.M B (kcal/kmol) = 9705,24 (kcal/kmol)
⇒ ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa chưng thứ nhất :
rl’ = rA . yl’ + rB (1 – yl’) = 8927,312.0,61752 + 9705,24 . (1 – 0,61752)
= 9224,854 (kcal/kmol)

(3' ) ⇒ g1' = g1


r1
9668,06
= 74,35.
= 77,922(kmol/h)
'
r1
9224,854

(1' ) ⇒ G1' = g1' + GW = 77,922 + 335,35 = 413,272 (kmol/h)
⇒ Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng :

g tbC

g1 + g1' 74,35 + 77,922
=
=
= 76,136 (kmol/h)
2
2

⇒ Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn chưng :

GtbC

(G1 + GF ) + G1' (45,83 + 363,87) + 413,272
=
=
= 411,486(kmol/h)
2

2

2/ Vận tốc hơi đi trong tháp :
Tốc độ khí đi trong tháp chóp xác định theo:

( ρY . ω Y )tb= 0, 065.ϕ .[σ ] h.ρ xtb .ρ ytb

ρ xtb

(Kg/m2.s)

[IX105 – II184]

: Khối lượng riêng trung bình pha lỏng (kg/ m3)

ρ ytb : Khối lượng riêng trung bình pha hơi (kg/ m3)
h : Khoảng cách giữa các đĩa (m)
a/ Khối lượng riêng trung bình pha lỏng :

1
a
1 − a tb1
= tb1 +
ρ xtb ρ xtb1
ρ xtb 2

[IX104a- II184]

Trong đó :
ĐỖ THỊ NGUYỆT – MÔI TRƯỜNGA- K46


10


ĐỒ ÁN QÚA TRÌNH CƠ BẢN TRONG MÔI TRƯỜNG

ρxtb : Khối lượng riêng trung bình pha lỏng (kg/ m3)
ρxtb1 : Khối lượng riêng trung bình cấu tử 1 (kg/ m3)

ρ xtb 2 : Khối lượng riêng trung bình cấu tử 2 (kg/ m3)
a tb1 : Nồng độ khối lượng trung bình cấu tử 1 (kg/ kg)
- Đoạn luyện :
Nồng độ trung bình pha lỏng đoạn luyện:

xtbL =

x F + x P 0,174 + 0,8814
=
= 0,5277
2
2

Nội suy với xtbL theo bảng số liệu nồng độ – to sôi dung dịch (II-145) :
⇒ Nhiệt độ trung bình đoạn luyện : ttbL = 79,8160°C
⇒ Khối lượng riêng của Etylic và Nước theo t = ttbL :
ρxL1 = 728,4 (kg/m3)
ρxL2 = 971,94 (kg/m3)
[Hình I.1- I7]
⇒ Nồng độ khối lượng trung bình của Etylic đoạn luyện :


atbL =

a F + a P 0,35 + 0,95
=
= 0,65
2
2
−1

−1

a
1 − atbL 
 0,65 1 − 0,65 
 = 
⇒ρ xL =  tbL +
+
 = 798,4215 (kg/m3)
ρ xL 2 
 728,4 971,94 
 ρ xL1
- Đoạn chưng :
Nồng độ trung bình pha lỏng đoạn chưng :

xtbC =

xW + x F 0,0079 + 0,174
=
= 0,091
2

2

Nội suy với xtbC theo bảng số liệu nồng độ – to sôi dung dịch (II-145) :
⇒ Nhiệt độ trung bình đoạn chưng : ttbC = 87,0323°C
⇒ Khối lượng riêng của Etylic và Nước theo t = ttbC :

ρxC1 = 723,6 (kg/m3)

ρxC 2 = 967,31 (kg/m3)

[HìnhI.1- I.10]

⇒ Nồng độ khối lượng trung bình của Etylic đoạn luyện :

atbC =

aW + a F 0,02 + 0,35
=
= 0,185
2
2
−1

−1

a
1 − atbC 
 0,185 1 − 0,185 
 = 
⇒ρ xC =  tbC +

+
 = 910,5736 (kg/m3)
ρ xC 2 
967,31 
 723,6
 ρ xC1
b/ Khối lượng riêng trung bình pha hơi :
- Đoạn luyện :
Nồng độ pha hơi đầu đoạn luyện là : yđL = y1 = 0,272
Nồng độ pha hơi cuối đoạn luyện là : ycL = yP = xP = 0,8814
ĐỖ THỊ NGUYỆT – MÔI TRƯỜNGA- K46

11


ĐỒ ÁN QÚA TRÌNH CƠ BẢN TRONG MÔI TRƯỜNG
⇒ Nồng độ trung bình pha hơi đoạn luyện :

y dL + ycL 0,272 + 0,8814
=
= 0,5767
2
2

ytbL =

⇒ Khối lượng mol trung bình hơi đoạn luyện :

M yL = ytbL.M1+(1- ytbL).M2 = 0,5767 . 46 + (1- 0,5767).18
= 34,1476 (kg/kmol)

→ Khối lượng riêng trung bình pha hơi đoạn luyện :

ρ yL =

M yL . TO
34,1476 . 273
=
= 1,1796 (kg/m3)
22,4.(TO + ttbL ) 22,4.(273 + 79,8160)

- Đoạn chưng :
'
Nồng độ pha hơi đầu đoạn chưng là : ydC = y1 = 0,096
Nồng độ pha hơi cuối đoạn chưng là : ycC = y1 = 0,272
⇒ Nồng độ trung bình pha hơi đoạn luyện :

ydC + ycC 0,096 + 0,272
=
= 0,184
2
2

ytbC =

→ Khối lượng mol trung bình hơi đoạn chưng :
M yC = ytbC.M1+(1-ytbC).M2 = 0,184.46+(1– 0,184).18 =23,152 (kg/kmol)
→ Khối lượng riêng trung bình pha hơi đoạn chưng :

M yC . TO
23,152 . 273

=
= 0,784 (kg/m3)
22,4.(TO + ttbC ) 22,4.( 273 + 87,0323)

ρ yC =

Sức căng bề mặt tính theo công thức:
1
1
1
=
+
σ2
σ1
σ hh

[CT I.76 – I.360]

dyn
) [CTI.242- I.361]
cm
dyn
Sức căng bề mặt của Etylic: σ 1 = 17,88.10-3(N/m) = 17,88(
)
cm
1
1
1
1
dyn

dyn
σ hh = ( σ + σ )-1 = ( 17,88 + 62,933 )-1 = 13,924(
) < 20(
)
cm
2
1
cm
Vậy hệ số tính đến sức căng bề mặt ϕ . σ = 0,8
Chọn h = 0,4 (m)
Tốc độ khí của hơi đoạn luyện:
ρ y .ω y tbl = 0,065. ϕ . [σ ] . h.ρ xtbl .ρ ytbl (Kg/m2.s)

Sức căng bề mặt của Nước: σ 2 = 62,933.10-3 (N/m) = 62,933 (

[ ]

(

)

(

)

ρ y .ω y tbl = 0,065.0,8. 0,4.798,4215.1,1796 = 1,0093(Kg/m2.s)
Thay số:
Tốc độ khí của hơi đoạn chưng:

(ρ


y

.ω y ) tbc = 0,065. ϕ . [σ] . h.ρ xtbc .ρ ytbc

ĐỖ THỊ NGUYỆT – MÔI TRƯỜNGA- K46

(Kg/m2.s)

12


ĐỒ ÁN QÚA TRÌNH CƠ BẢN TRONG MÔI TRƯỜNG

(

Thay số: ρ y .ω y
3/ Đường kính tháp :

)

tbc

= 0,065.0,8. 0,4.910,5736.0,784 = 0,88(Kg/m2.s)

D = 0,0188

g tb
(ρ y wy )tb


(m)

[CT IX90- II181]

Trong đó :
gtb : Lượng hơi trung bình đi trong tháp (kg/h)
- Đoạn luyện :
Khối lượng mol trung bình pha hơi : M yL = 34,1476 (kg/kmol)
Lưu lượng hơi trung bình : gtbL = 181,1572 (kmol/h)

⇒ g tb = g tbL . M yL = 181,1572.34,1476
= 6186,0836 (kg/h)
- Đoạn chưng :
Khối lượng mol trung bình pha hơi : M yC = 23,152 (kg/kmol)
Lưu lượng hơi trung bình : gtbC = 183,0863 (kmol/h)

⇒ g tb = g tbC . M yC = 23,152.183,0863
= 4238,814 (kg/h)

wy : Vận tốc hơi trung bình đi trong tháp (m/s)
ρy : Khối lượng riêng trung bình của hơi đi trong tháp (kg/m3)
⇒ Đường kính đoạn luyện :

DL = 0,0188

g tb
6186,0836
= 0,0188
= 1,47 (m)
ρ yL wL

1,0093

⇒ Đường kính đoạn chưng :

DC = 0,0188

g tb
4238,814
= 0,0188
= 1,31 (m)
ρ yC wC
0,88

Vì đường kính hai đoạn chưng và luyện sai khác nhau không đáng kể, chuẩn hóa ta
chọn đường kính cho cả tháp : D = 1,4 (m)
⇒ Vận tốc thực tế của hơi trong tháp :
- Đoạn luyện :
2

2

g  0,0188 
6186,0836  0,0188 
wL = tb 

 = 0,95 (m/s)
 =
ρ yL  D 
1,1796  1,4 
- Đoạn chưng :

2
2
g tb  0,0188 
4238,814  0,0188 
wC =

 = 0,97 (m/s)

 =
ρ yC  D 
0,784  1,4 
III. SỐ ĐĨA THỰC TẾ VÀ CHIỀU CAO THÁP :
ĐỖ THỊ NGUYỆT – MÔI TRƯỜNGA- K46

13


ĐỒ ÁN QÚA TRÌNH CƠ BẢN TRONG MÔI TRƯỜNG
1/ Hệ số khuếch tán :
a/ Hệ số khuếch tán trong pha lỏng:
♦ Hệ số khuếch tán trong pha lỏng ở 20oC:

1.10-6 .
D =
20
x

1
1
+

MA MB

(m2/s)

[CT10-18-CS.t12]

AB µ B .(v1A/ 3 + v1B/ 3)2

Trong đó :
A,B : Hệ số liên hợp của chất tan và dung môi : A= 2; B= 4,7
MA, MB : Khối lượng mol của Etylic và nước (kg/kmol)
MA = 46(kg/kmol) ; MB = 18 (kg/kmol)
0
µB : Độ nhớt của dung môi ở 20oC (cP) : µH 2 0, 20 C = 1 (cP)
vA, vB : Thể tích mol của Etylic và Nước (cm3/mol)
vA = 2.14,8 + 6.3,7 + 1.7,4 =59,2 (cm3/mol) vB = 2.4,7 + 7,4 = 14,8 (cm3/mol)
1
1
1.10 -6 .
+
2
46 18
20
−10 (m /s)
⇒ Dx =
= 7,329.10
2.4,7. 1 .(59,21 / 3 + 14,81 / 3 ) 2
♦ Hệ số khuếch tán ở nhiệt độ xác định t:

Dtx = D20

x [1+ b(t − 20)]
b=

Hệ số nhiệt độ :

[CT10-19 –SCS.t12]

0,2 µ
3

ρ

µ : Độ nhớt của dung môi ở 20oC (cP) : µH 2 O, 20 C = 1 (cP)
ρ : Khối lượng riêng của dung môi ở 20oC (kg/m3)
0

µH 2 O, 20

⇒b=

0

C

= 1000 (kg/m3)

0,2 1
= 0,02
3
1000


⇒ Hệ số khuếch tán trong pha lỏng đoạn chưng : t = ttbC = 87,0323°C

DxC = 7,329.10 −10 [1 + 0,02(87,0323 − 20)] = 17,1546.10 −10 (m2/s)

⇒ Hệ số khuếch tán trong pha lỏng đoạn luyện : t = ttbL = 79,8160°C

DxL = 7,329.10 −10 [1 + 0,02(79,8160 − 20)] = 16,0968.10 −10 (m2/s)

b/ Hệ số khuếch tán trong pha hơi:
Hệ số khuếch tán của khí trong khí

0,0043
.10−4. T1,5 1
1
Dy =
+
(m2/s)
1/ 3
1/ 3 2
p.(vA + vB )
MA MB
Trong đó :
ĐỖ THỊ NGUYỆT – MÔI TRƯỜNGA- K46

14


ĐỒ ÁN QÚA TRÌNH CƠ BẢN TRONG MÔI TRƯỜNG
MA, MB : Khối lượng mol của Etylic và Nước (kg/kmol)

MA = 46 (kg/kmol) MB = 18 (kg/kmol)
vA, vB : Thể tích mol của Etylic và Nước (cm3/mol)
vA = 59,2 (cm3/mol)
vB = 14,8 (cm3/mol)
P : Áp suất tuyệt đối của hỗn hợp : P = P0 = 1 (atm)
T : Nhiệt độ tuyệt đối của hỗn hợp : T = 273 + t (oK)
⇒ Hệ số khuếch tán trong pha hơi đoạn chưng : t = ttbC = 87,0323°C

0,0043.10 −4.(273 + 87,0323)1,5 1 1
D yC =
+
= 2,0236.10 −5 (m2/s)
1/ 3
1/ 3 2
1.(59,2 + 14,8 )
46 18
⇒ Hệ số khuếch tán trong pha hơi đoạn luyện : t = ttbL = 79,8160°C
D yL =

0,0043.10 −4.( 273 + 79,8160)1,5
1.(59,21/ 3 + 181 / 3 ) 2

1
1
+
= 1,9631.10 −5 (m2/s)
46 18

2/ Hệ số cấp khối :
a/ Độ nhớt của hỗn hợp hơi :

−1

 y.M 1 (1− y).M 2 
 [CT 10-19 – I.94]
µ hh = M hh.
+
µ2
 µ1

Trong đó :
y : Nồng độ Etylic trong pha hơi :
- Đoạn chưng : y = ytbC = 0,184
- Đoạn luyện : y = ytbL = 0,5767
Mhh : Trọng lượng phân tử của hỗn hợp khí :
- Đoạn chưng : M hh = M yC = 23,152 (kg/kmol)
- Đoạn luyện : M hh = M yL = 34,1476 (kg/kmol)
M1, M2 : Trọng lượng phân tử của Etylic và Nước :
M1 = 46 (kg/kmol) M2 = 18 (kg/kmol)
µ1, µ2 : Độ nhớt của Etylic và Nước :
- Đoạn chưng : t = ttbC = 87,0323°C theo bảng (I-134):
µ1 = 0,0112.10-3(Ns/m2)
µ2 = 0,0124.10-3(Ns/m2)
- Đoạn luyện : t = ttbL = 79,8160°C theo bảng (I-134):
µ1 = 0,010810-3 (Ns/m2)
µ2 = 0,0118.10-3 (Ns/m2)
⇒ Độ nhớt hỗn hợp hơi đoạn chưng là :
−1

(1 − 0,184).18 
 0,184.46

µ hh = 23,152.
+
 = 1,1932.10 −5 (Ns/m2)
−3
−7
0,0124.10 
 0,0112 .10
⇒ Độ nhớt hỗn hợp hơi đoạn luyện là :

µ hh

(1 − 0,5767).18 
 0,5767.46
= 34,1476.
+

−3
0,0118 .10 −3 
 0,0108.10

ĐỖ THỊ NGUYỆT – MÔI TRƯỜNGA- K46

−1

= 1,1008.10 −5 (Ns/m2)

15


ĐỒ ÁN QÚA TRÌNH CƠ BẢN TRONG MÔI TRƯỜNG

b/ Độ nhớt của hỗn hợp lỏng :

lgµ hh = x. lgµ1 + (1− x).lgµ 2

[CT.I-12 – I.93]

Trong đó :
x : Nồng độ phần mol của Etylic trong hỗn hợp :
- Đoạn chưng : x = xtbC = 0,091
- Đoạn luyện : x = xtbL = 0,5277
µ1, µ2 : Độ nhớt động lực của Etylic và Nước :
- Đoạn chưng : t = ttbC = 87,0323°C theo bảng và toán đồ (I-102):
µ1 = 0,365 (cP)
µ2 = 0,298 (cP)
- Đoạn luyện : t = ttbL = 79,8160°C theo bảng và toán đồ (I-102):
µ1 = 0,446 (cP)
µ2 = 0,348 (cP)
⇒ Độ nhớt hỗn hợp lỏng đoạn chưng :
lg(µhh) = 0,091 . lg(0,365) + (1- 0,091) . lg(0,298) = - 0,5178
µhh = 0,3036 (cP) = 0,3036 . 10-3 (Ns/m2)
⇒ Độ nhớt hỗn hợp lỏng đoạn luyện :
lg(µhh) = 0,5277 . lg(0,446) + (1- 0,446) . lg(0,338) = - 0,4016
µhh = 0,3967 (cP) = 0,3967 . 10-3 (Ns/m2)
c/ Chuẩn số Reynolt đối với pha hơi :

Rey =

wy . h .ρ y

[CT.IX42 – II.164]


µy

Trong đó :
wy : Tốc độ hơi tính cho mặt cắt tự do của tháp (m/s)
- Đoạn chưng : w y = w C = 0,97

(m/s)

- Đoạn luyện : w y = w L = 0,95 (m/s)
h : Kích thước dài, chấp nhận bằng 1m
ρ y : Khối lượng riêng trung bình của hơi (kg/m3)
3
- Đoạn chưng : ρ y = ρ yC = 0,784 (kg / m )

3
- Đoạn luyện : ρ y = ρ yL = 1,1796 ( kg / m )

µy : Độ nhớt trung bình của hơi (Ns/m2)
⇒ Chuẩn số Reynolt đối với pha hơi đoạn chưng là :

Re y =

0,784 .1 . 0,97
= 0,64.105
−5
1,1932.10

⇒ Chuẩn số Reynolt đối với pha hơi đoạn luyện là :


Re y =

1,1796 .1 . 0,95
= 1,017.105
−5
1,1008.10

ĐỖ THỊ NGUYỆT – MÔI TRƯỜNGA- K46

16


ĐỒ ÁN QÚA TRÌNH CƠ BẢN TRONG MÔI TRƯỜNG
d/ Chuẩn số Prand đối với pha lỏng :

Prx =

µx
ρ x .D x

[CT IX.44 – II.165]

Trong đó :
ρx : Khối lượng riêng trung bình của lỏng (kg/m3)
- Đoạn chưng : ρx = ρxC = 910,5736 (kg/m3)
- Đoạn luyện : ρx = ρxL = 798,4215 (kg/m3)

Dx : Hệ số khuếch tán trung bình trong pha lỏng (m2/s)
µ x : Độ nhớt trung bình của lỏng (Ns/m2).


⇒ Chuẩn số Pran đối với pha lỏng đoạn chưng là :

0,3036.10 −3
Prx =
= 194,36
910,5736 . 17,1546.10 −10
⇒ Chuẩn số Pran đối với pha lỏng đoạn luyện là :
0,3967.10 −3
Prx =
= 308,667
798,4215 . 16,0968.10 −10
e/ Hệ số cấp khối trong pha hơi :
Theo công thức tính cho tháp chóp:

βy =

Dy
22,4

(0,79 . Re y + 11000 )

kmol
kmol
m2 .s.
kmol

[CT IX.42 – II.164]

Trong đó :


D y : Hệ số khuếch tán trong pha hơi (m2/s)
Rey : Chuẩn số Reynolt đối với pha hơi.
⇒ Hệ số cấp khối pha hơi đoạn chưng là :

β yC

kmol

2,0236.10 −5
=
(0,79 . 0,64.105 + 11000 ) = 0,0556 2 kmol
m .s.
22,4

⇒ Hệ số cấp khối pha hơi đoạn luyện là :

β yL

kmol

kmol

1,9631.10 −5
=
(0,79 . 1,017.105 + 11000) = 0,0801 2 kmol
m .s.
22,4
kmol

f/ Hệ số cấp khối trong pha lỏng :

kmol
38000 . ρ x . D x 0, 62
βx =
. Prx ( 2 kmol)
m .s.
Mx. h
kmol

Trong đó :
ĐỖ THỊ NGUYỆT – MÔI TRƯỜNGA- K46

17


ĐỒ ÁN QÚA TRÌNH CƠ BẢN TRONG MÔI TRƯỜNG

ρx : Khối lượng riêng trung bình của lỏng (kg/m3)
- Đoạn chưng : ρx = ρxC = 910,5736 (kg/m3)
- Đoạn luyện : ρx = ρxL = 798,4215 (kg/m3)

Dx : Hệ số khuếch tán trung bình trong pha lỏng (m2/s)
M x : Khối lượng mol trung bình của lỏng (kg/kmol)
Mx = x.MA + (1-x).MB
- Đoạn chưng : x = xtbC = 0,091
⇒ MxC = 0,091.46 + (1- 0,091).18 = 20,548 (kg/kmol)
- Đoạn luyện : x = xtbL = 0,5277
⇒ MxL = 0,5277.46+ (1- 0,5277).18 = 32,7756 (kg/kmol)
h : Kích thước dài, chấp nhận bằng 1m.
Prx : Chuẩn số Prand đối với pha lỏng.
⇒ Hệ số cấp khối pha lỏng đoạn chưng là :


β xC

kmol

38000 . 910,5736 . 17,1546.10 -10
=
.194,36 0, 62 = 0,0758 ( 2 kmol)
m .s.
20,548 .1
kmol

⇒ Hệ số cấp khối pha lỏng đoạn luyện là :

β xL

kmol
38000 . 798,4215 . 16,0968.10 -10
0 , 62
=
.308,667
= 0,0521 ( 2 kmol)
m .s.
32,7756 . 1
kmol

3/ Hệ số chuyển khối – Đường cong động học – Số đĩa thực tế :
a/ Hệ số chuyển khối :

Ky =


1
1 m
+
βy βx

kmol
( 2 kmol)
m .s.
kmol

[CT IX.33 – II.162]

Trong đó :
kmol
β x , β y : Hệ số cấp khối pha lỏng và pha hơi ( m2 .s. kmol)
kmol

m : Hệ số phân bố vật chất.
b/ Số đơn vị chuyển khối đối với mỗi đĩa trong pha hơi :

m yT =

K y .f 22,4.(273 + Ttb ).P0 .ϕ.K y
=
Gy
3600.w y .273.P

[CT IX.65a – II.173]


Trong đó :
f : Diện tích làm việc của đĩa
f = F – (fh.n + m.fch )
fh: Mặt cắt ngang của chóp; chọn dh = 75mm
ĐỖ THỊ NGUYỆT – MÔI TRƯỜNGA- K46

18


ĐỒ ÁN QÚA TRÌNH CƠ BẢN TRONG MÔI TRƯỜNG

πd h2 π  75  2
fh =
= 
 = 4,4179.10-3 (m2)
4  1000 
4

→

n: Số ống hơi phân bố trên đĩa;
n = 0,1.

Thay số: n =

0,1.

D2
d h2


[CT IX.212 – II.236]

1,4 2
 75 


 1000 

2

= 34,847

Chọn n = 36
m: Số ống chảy truyền trên mỗi đĩa; chọn m = 1
fch: Mặt cắt ngang ống chảy truyền;
f
f
Tỷ số ch = 0,05 ÷ 0,2 → Chọn ch = 0,06 → fch= 0,06.F;
F
F
1, 42
− 4, 4179.10 −3.36 = 1,1956 ( m 2 )
Thay số: f = 0,88.π .
4

Gy: Lưu lượng hơi đi trong tháp:
Gy = 182,1218(Kmol/h) = 0,0506(Kmol/s)
c/ Đường cong động học :
Với mỗi giá trị x, tương ứng có A là điểm thuộc đường làm việc, C là điểm thuộc
đường cân bằng và B là điểm thuộc đường cong động học (chưa biết), thì :


AC
m
= C y = e yT
BC
Cho x các giá trị : {0,05 ; 0,1 ; 0,2 ; … 0,9}, với mỗi giá trị của x tính hệ số phân bố
vật chất m (m chính bằng hệ số góc của đường cân bằng), tính hệ số chuyển khối

K y , tính số đơn vị chuyển khối myT và tỷ số Cy tương ứng. Từ đó tìm được các
điểm B tương ứng thuộc đường cong động học, nằm giữa A và C. Nối chúng lại ta
được đường cong động học của quá trình.
Bảng tổng hợp kết quả :
ĐOẠN CHƯNG
x
5
10

20

30

ĐOẠN LUYỆN
40
50
60

70

80


88,1

%
y 5,445
%
7
0,79
xcb%
33,2
ycb%

15,350
4
1,4046

29,2947 37,9306 46,566 55,202 63,838 72,4744 81,1103 88,1
6
5
5
3,9135 6,6597 11,8748 24,1278 46,1970 64,9616 79,0969 87,6

44,2

53,1

57,6

ĐỖ THỊ NGUYỆT – MÔI TRƯỜNGA- K46

61,4


65,4

69,9

75,3

81,8

19

88,5


ĐỒ ÁN QÚA TRÌNH CƠ BẢN TRONG MÔI TRƯỜNG
m
Ky
myT
Cy

6,592
5
0,008
5
0,2

3,3564

1,4798


0,8427

0,5274

0,3942

0,4391

0,5608

0,7637

0,76

0,0149

0,0264

0,0358

0,0435

0,0478

0,04630 0,0425

0,0375

0,03


0,352

0,6238

0,8459

1,0278

1,1294

1,094

1,004

0,8861

0,88

1,222

1,422

1,866

2,33

2,795

3,094


2,986

2,7298

2,4256

2,42

22,72

20,288

12,757

8,44

5,31

3,296

2,03

1,035

0,284

0,15

BC
Từ đường nồng độ làm việc và đường cong động học vừa vẽ, ta tìm được số đĩa

thực tế của tháp.
NTT = 52
Trong đó : Số đĩa đoạn chưng : 8
Số đĩa đoạn luyện : 44
4/ Hiệu suất tháp – chiều cao tháp :
Hiệu suất tháp :

η=

N LT 23
=
= 44,23%
N TT 52

Theo các thông số của đĩa đã chọn :
- Khoảng cách giữa các đĩa lỗ là : Hđ = 400 mm
- Chiều dày mỗi đĩa lỗ là
: δ = 2 mm
⇒ Chiều cao tháp (Theo công thức II-169):
H = NTT (Hđ + δ) + 0,8 = 52 .(0,4 + 0,002) + 0,8 = 21,7 (m)
IV. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ :
1.Tính chóp và kích thước cơ bản của chóp.
- Đường kính ống hơi của chóp: 50, 75, 100, 125, 150 (mm)
Chọn dh = 0,075(m) với chiều dày δ = 2( mm) → đường kính trong
dh=0,071(m)
- Số chóp phân bố trên đĩa:

D2
n = 0,1. 2
dh


[IX.212 – II.236]

D: Đường kính trong của tháp(m)
dh: Đường kính ống hơi(m)
Thay số:

n = 0,1.

1,4 2
= 38,88 → Qui chuẩn n = 40
0,0712

- Chiều cao chóp phía trên ống dẫn hơi:

h2 = 0,25d h

ĐỖ THỊ NGUYỆT – MÔI TRƯỜNGA- K46

[IX.213 – II.236]
20


ĐỒ ÁN QÚA TRÌNH CƠ BẢN TRONG MÔI TRƯỜNG

→ h2 = 0,25.0,071 = 0,01775(m)
-Đường kính chóp :
d ch = d h2 + ( d h + 2δ ch )

2


[IX.214 – II.236]

δ ch : Chiều dày chóp , δ ch = 2 ÷ 3(mm) , Chọn δ ch = 2(mm) =
0,002
d ch = 0,0712 + ( 0,071 + 2.0,002) = 0,108(m) = 108(mm) → d ch = 110 (mm)
- Khoảng cách từ mặt đĩa đến chân chóp: S = 0 ÷ 25(mm) ;
Chọn S = 15(mm)
- Chiều cao mức chất lỏng trên khe chóp:
2

h1 = 15 ÷ 40(mm)
Chọn h1 = 30(mm)
- Chiều cao khe chóp:

b=
Trong đó: ωy =

ξ .ω y2 .ρ y
g .ρ x
4.V y

[CT IX.215 – II.236]

3600.π.d h2 .n

Vy: Lưu lượng hơi đi trong tháp (m3/h).
ξ : Trở lực đĩa chóp, ξ = 1,5 ÷ 2 chọn ξ = 2

ρ y , ρ x : Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha


hơi (Kg/m3)

g = 9,81m/s2.
V y = π.3600.ωtb .

D2
4

+ Đối với đoạn chưng:
V y = π .3600.0,97.
ω ytbc =

1,4 2
= 5375,516(m 3 / h)
4

4.5375,516
= 9,4287(m 2 / s )
2
3600.π .0,071 .40

ρ xtbc = 910,576( Kg / m 3 )

ρ ytbc = 0,784( Kg / m 3 )
→ Chiều cao khe chóp đoạn chưng:

b=

2.9,4287 2.0,784

= 0,0156(m) , Chọn b = 16(mm)
9,81.910,576

+ Đối với đoạn luyện:
1,4 2
V y = π .3600.0,95.
= 5264,681(m 3 / h)
4
ĐỖ THỊ NGUYỆT – MÔI TRƯỜNGA- K46

21


ĐỒ ÁN QÚA TRÌNH CƠ BẢN TRONG MÔI TRƯỜNG
4.5264,681
= 9,2343(m 2 / s)
2
3600.π .0,071 .40
= 798,4215( Kg / m 3 )

ω ytbl =

ρ xtbl

ρ ytbl = 1,1796( Kg / m 3 )
→ Chiều cao khe chóp đoạn luyện:
2.9,2343 2.1,1796
b=
= 0,0257( m) , Chọn b = 26(mm)
9,81.798,4215


- Chiều rộng các khe chóp: a = 5(mm)
- Khoảng cách giữa các khe: c = 3 ÷ 4(mm) , ở đây chọn c = 4(mm)
- Số lượng khe hở mỗi chóp:

d h2 
π

i =  d ch −
c
4.b 

[CT IX.216 – II.236]

. Đoạn chưng:
π
712 
 = 16,68 → i = 18
i = 100 −
4
4.16 
. Đoạn luyện:
π
712 
 = 40,47 → i = 42
i = 100 −
4
4.26 
- Đường kính ống chảy chuyền:
4.G x

dc =
(m)
3600.π .ρ x .ω c .z
Gx: Lưu lượng lỏng trung bình đi trong tháp (Kg/h)
ρ x : Khối lượng riêng của lỏng(Kg/m3)
z : Số ống chảy chuyền z = 1
ωc : Tốc độ chất lỏng trong ống chảy chuyền ω c = 0,1 ÷ 0,2(m / s )
Chọn ωc =0,1(m/s)
. Đoạn chưng:
4.289,4181.20,548
dc =
= 0,152(m) = 152(mm)
3600.π .910,576.0,1.1
. Đoạn luyện:
dc =

4.156,330.32,7756
= 0,151(m) = 151( mm)
3600.π .798,4215.0,1.1

Chuẩn dc = 152(mm)
- Khoảng cách từ đĩa đến ống chảy chuyền:
S1 = 0,25.dc
[CT IX.218 – II.237]
Thay số: S1 = 0,25.152 = 38(mm)
- Chiều cao ống chảy chuyền trên đĩa
hc = ( h1 + b + S ) − ∆h (mm)
[CT IX.219 – II.237]
ĐỖ THỊ NGUYỆT – MÔI TRƯỜNGA- K46


22


ĐỒ ÁN QÚA TRÌNH CƠ BẢN TRONG MÔI TRƯỜNG

V
∆h = 3 
 3600.1,85.π .d c





2

V: Thể tích chất lỏng chảy qua (m3/h)
. Đoạn chưng:
Vc =

Gx
289,4181.20,548
=
= 6,531(m 3 / h)
ρ xtb
910,5736
2

6,351



∆h = 3 
 = 0,0162(m) = 16(mm)
 3600.1,85.π .0,152 

hc = ( 30 + 16 + 15) − 16 = 45(mm)

. Đoạn luyện:

Vl =

G x 156,3300.32,7756
=
= 6,4171(m 3 / h)
ρ xtb
798,42215
2

6,417


∆h = 3 
 = 0,016(m) = 16( mm)
 3600.1,85.π .0,152 
hc = ( 30 + 26 + 15) − 16 = 55( mm)

- Bước tối thiểu của chóp trên đĩa:
t min = d ch + 2.δch + l 2
[CT IX.220 – II.237]
l2 = 12,5 + 0,25.dch
Thay số: l2 = 12,5 + 0,25.100 = 37,5

t min = 100 + 2.2 + 37,5 = 141,5( mm) → Qui chuẩn tmin =
142(mm)
- Khoảng cách từ tâm ống chảy chuyền đến tâm chóp gần nhất:

dc
d
+ δ c + ch + δ ch + l1 (mm)
2
2
δ c : Bề dày ống chảy chuyền δ c = 2 ÷ 4(mm) → Chọn δ c = 2(mm)
t1 =

l1 : Khoảng cách nhỏ nhất giữa chóp và ống chảy chuyền,
thường chọn l1= 75(mm)

t1 =

152
100
+2+
+ 2 + 75 = 203(mm)
2
2

2/ Thân tháp :
Thân hình trụ là bộ phận chủ yếu của để tạo thành thiết bị hoá chất. Tuỳ theo điều kiện
làm việc mà người ta chọn vật liệu và phương pháp chế tạo. Do điều kiện đàu bài là tháp
làm việc ở áp suất thường, nhiệt độ làm việc không cao lắm, dung dịch chứa Etylic và
Nước do đó ta chọn loại vật liệu là thép hợp kim ( thép không gỉ ) X18H10T làm thân
tháp, đó là một vật liệu bền chịu nhiệt. Nó được chế tạo bằng cách cuốn tấm vật liệu với

kích thước đã định sau đó hàn giáp mối lại .
ĐỖ THỊ NGUYỆT – MÔI TRƯỜNGA- K46

23


ĐỒ ÁN QÚA TRÌNH CƠ BẢN TRONG MÔI TRƯỜNG
Khi chế tạo loại này ta phải chú ý :
- Áp suất và nhiệt độ làm ảnh hưởng đến chiều dày vật liệu.
- Chọn vật liệu phụ thuộc vào môi trường làm việc
- Bảo đảm đường hàn càng ngắn càng tốt
- Chỉ hàn giáp mối
- Bố trí đường hàn dọc (ở các đường thân riêng biệt lân cận ) cách nhau ít nhất là
100mm
- Bố trí mối hàn ở vị trí dễ quan sát
- Không khoan lỗ qua mối hàn.
Thân tháp là thân hình trụ hàn, làm việc chịu áp suất trong, không bị đốt nóng trực tiếp ⇒
Thiết bị loại I nhóm 2 ⇒ Hệ số điều chỉnh là : η = 0,9 [Bảng XIII.2 – II.356]
.
⇒ Theo bảng tính chất cơ học của vật liệu ( III.4 - II.310), chọn độ dày thiết bị
trong khoảng (1- 3 mm), ta có giới hạn bền kéo và bền chảy của vật liệu :
σk = 540.106 (N/m2)
σch = 220.106 (N/m2)
⇒ Hệ số an toàn bền kéo và bền chảy của vật liệu là :
nk = 2,6
nc = 1,5
[XIII.3 – II.356]
⇒ Ứng suất giới hạn bền kéo là :
σk
540.106

[σ k ] =
.η =
.0,9 = 186,9.106 (N/m2)
nk
2,6
⇒ Ứng suất giới hạn bền chảy là :
σk
220.106
[σ k ] =
.η =
.0,9 = 132.106 (N/m2)
nk
1,5
⇒ Chọn ứng suất cho phép là ứng suất bé nhất trong hai ứng suất trên :
[σ] = [σk] = 132.106 (N/m2)
♦ Chọn cách chế tạo : Dt > 700(mm)
[Bảng XIII.8 – II.362]
- Cách hàn: Hàn tay bằng hồ quang điện.
- Hàn giáp mối 2 bên.
- Hệ số bền mối hàn là : ϕh = 0,95
♦ Chiều dày thân tháp hình trụ là :

S=

Dt .P
+ C (m)
2[σ ].ϕ + P

[XIII.8 – II.360]


Trong đó :
Dt : Đường kính trong của tháp (m)
Theo thông số đĩa đã chọn : Dt = 1,4 m
P : áp suất trong thiết bị (N/m2)

P = Pmt + Pl = Pmt + g.ρ l .H l (N/m2)

Với :
Pmt : áp suất của hơi trong tháp (N/m2)
ĐỖ THỊ NGUYỆT – MÔI TRƯỜNGA- K46

24


ĐỒ ÁN QÚA TRÌNH CƠ BẢN TRONG MÔI TRƯỜNG
Tháp làm việc ở áp suất thường nên Pmt = 1 (at) = 105 (N/m2)
Pl : Áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng trong tháp (N/m2)
ρl : Khối lượng riêng của chất lỏng trong tháp (kg/m3)
Ta lấy theo khối lượng riêng lớn nhất là khối lượng riêng trung bình pha
lỏng đoạn chưng : ρl = ρxC = 910,5736 (kg/m3)
Hl : Chiều cao cột chất lỏng trong tháp (m)
Ta lấy chiều cao lớn nhất là chiều cao tháp : Hl = H = 21,7 (m)
g : Gia tốc trọng trường : g = 9,81 (m/s2)
⇒ P = 105 + 9,81 . 910,5736 . 21,7 = 2,876.105 (N/m2)
[σ] : ứng suất cho phép với loại vật liệu đã chọn (N/m2)
ϕ : Hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc
Vì tháp kín không đục lỗ nên ϕ = ϕh = 0,95
C : Số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai của chiều dày tấm thép (m)
C = C1 + C2 + C3 (m)
[XIII.17 – II.363]

C1 : Bổ sung do ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu của môi
trường và thời gian làm việc của tháp chọn C1 = 1 (mm) = 10-3 (m)
C2 : Bổ sung do bào mòn (m)
Tháp chưng luyện chỉ chứa lỏng và hơi nên ít bào mòn ⇒ C2 = 0
C3 : Bổ sung do dung sai về chiều dày (m)
Chọn dung sai, Chọn C3 = 0,8 mm = 0,8.10-3 (m) [XIII.9 – II.364]
⇒ C = 0,8.10-3 +10-3 = 1,8.10-3 (m)
⇒ Chiều dày thân tháp hình trụ là :

1,4.2,876.105
S=
+ 1,8.10 −3 = 3,407.10 -3 (m) = 3,4 (mm)
6
5
2.132.10 .0,95 − 2,876.10
⇒ Theo quy chuẩn lấy chiều dày tháp là : S = 5 mm
♦ Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử( Dùng nước ) :
- áp suất thử :
Po = Pth + Pl (N/m2)
Trong đó :
Pth : áp suất thủy lực (N/m2)
Theo bảng áp suất thuỷ lực khi thử [XIII.5 – II.358] :
⇒ Pth = 1,5.P = 1,5 . 2,876.105 = 4,314.105 (N/m2)
Pl : áp suất cột chất lỏng trong tháp (N/m2)
Pl = g . ρl . Hl = 1,876.105 (N/m2)
⇒ Po =4,314.105 + 1,876.105 = 6,19.105 (N/m2)
- Ứng suất theo áp suất thử :
[ Dt + ( S − C )].Po [1,4 + (5 − 1,8).10 −3 ].6,19.10 5
σ=
=

= 142,8587.10 6 (N/m2)
−3
2( S − C ).ϕ
2.(5 − 1,8).10 .0,95

σ ch 220.106
=
= 183,333.106 (N/m2)
1,2
1,2
⇒ Vậy chọn S = 5 mm là phù hợp.
⇒σ<

ĐỖ THỊ NGUYỆT – MÔI TRƯỜNGA- K46

25