LỜI MỞ ĐẦU

Một trong những ngành có sự đóng góp to lớn đến ngành công nghiệp nước ta nói
riêng và thế giới nói chung, đó là ngành công nghiệp hóa học. Đặc biệt là ngành hóa
chất cơ bản.
Hiện nay, trong nhiều ngành sản suất hóa học cũng như sử dụng sản phẩm hóa học,
nhu cầu sử dụng nguyên liệu hoặc sản phẩm có độ tinh khiết cao phải phù hợp với quy
trình sản suất hoặc nhu cầu sử dụng.
Ngày nay, các phương pháp được sử dụng để nâng cao độ tinh khiết: trích ly, chưng
cất, cô đặc, hấp thu… Tùy theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn
phương pháp thích hợp.
Đồ án môn học Quá trình và Thiết bò là một môn học mang tính tổng hợp trong
quá trình học tập của các kỹû sư hoá- thự c phẩm tương lai. Môn học giúp sinh viên
giải quyết nhiệm vụ tính toán cụ thể về: yêu cầu công nghệ, kết cấu, giá thành của một
thiết bò trong sản xuất hoá chất - thực phẩm. Đây là bước đầu tiên để sinh viên vận
dụng những kiến thức đã học của nhiều môn học vào giải quyết những vấn đề kỹû thuật
thực tế một cách tổng hợp.
Em chân thành cảm ơn các q thầy cô bộ môn Máy & Thiết Bò, các bạn sinh viên
đã giúp em hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên, trong quá trình hoàn thành đồ án không
thể không có sai sót, em rất mong q thầy cô góp ý, chỉ dẫn.


III.2. CƠ SỞ LÍ THUYẾT
III.2.1 . Cân bằng pha-xét hệ cân bằng lỏng hơi hệ 2 cấu tử
A&B………………….15
III.2.2 . Cân bằng vật chất…………………………………………………………….16
III.2.3 . Cân bằng năng lượng…………………………………………………………18
III.3. XÁC ĐỊNH PHÂN MOL-PHÂN KHỐI LƯNG-SUẤT LƯNG MOL CỦA
CÁC DÒNG………………………………………………………………………………….19
III.4 . XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HOÀN LƯU THÍCH HP
III.4.1 . Chỉ số hồi lưu tối thiểu R
m
…………………………………………………20
III.4.2 . Chỉ số hồi lưu thích hợp R
th
………………………………………………… 20
III.5 . PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC
III.5.1. Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất…………………………22
III.5.2. Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng…………………….22
CHƯƠNG IV :TÍNH TOÁN –THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT
IV.1 . ĐƯỜNG KÍNH THÁP D
t
IV.1.1 . Đường kính đoạn cất …………………………………………………………23
IV.1.2 . Đường kính đoạn chưng…………………………………………………… 24
IV.2 . CHIỀU CAO THÁP : H=H
thân
+H
đáy
+H
nắp

IV.2.1 Số mâm lý thuyết N

V.3.3 .Cấu tạo thiết bò 49
CHƯƠNG VII: TÍNH KINH TẾ 50
Lời kết
Tài liệu kham thảo 4CHƯƠNG 0:PHẦN MỞ ĐẦU
0.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Cơng nghệ cồn Etylic là phương pháp và q trình chế biến các ngun liệu chứa tinh bột,
đường, xenluloza, Etylen thành sản phẩm Etanol.
Đối với hệ Etanol - Nước là 2 cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta phải dùng phương pháp
chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho Etanol.
0.2. MỤC TIÊU THIẾT KẾ
Thiết kế dây truyền sản xuất cồn từ nguyên liệu gạo. Thiết bò chính là tháp chưng cất
hệ Etanol - Nước hoạt động liên tục với năng suất 100 m

Hầu hết các nước trên thế giới đều dùng cồn để pha chế rượu và cho các nhu cầu khác
như: y tế, nhiên liệu và ngun liệu cho các ngành cơng nghiệp khác.
Tuỳ theo tình hình phát triển của mỗi nước, tỷ lệ cồn dùng trong các ngành rất đa dạng và
khác nhau. ở các nước có nền cơng nghiệp rượu vang phát triển như Italia, Pháp, Tây ban
nha… cồn được dùng để t
ăng thêm nồng độ rượu. Một lượng khá lớn cồn được dùng để
pha chế các loại rượu mạnh, cao độ như Whisky, Martin, Brandy, Napoleon, Rhum….
Rượu và các đồ uống có rượu chiếm một vị trí đáng kể trong cơng nghiệp thực phẩm.
Chúng rất đa dạng tuỳ theo truyền thống và thị hiếu của người tiêu dùng mà các nhà sản
xuất làm ra nhiều loại rượu mang tên khác nhau. Tuy nhiên có thể chia thành 3 loại chính:
rượu mạnh có nồng
độ trên 30% V, rượu thơng thường có nồng độ từ 15 đến 30 % V, và
rượu nhẹ có nồng độ dưới 15% V.
Ở nước ta, nghề nấu rượu thủ cơng đã có từ ngàn xưa và chưa có tài liệu nào cho biết
chính xác có từ khi nào. ở miền núi, đồng bào các dân tộc dùng gạo, ngơ, khoai, sắn, nấu
chín rồi cho lên men, men này được lấy từ một số lá cây hoặc được ni cấy thuần khiết
hơn. Sản phẩm nổi tiếng là rượ
u cần. ở đồng bằng, nhân dân biết ni cấy và phát triển
nấm mốc, nấm men trong thiên nhiên trên mơi trường thích hợp, gạo và các ngun liệu
khác nhau có chứa tinh bột đã được nấu chín. Đó gọi là men thuốc bắc.
Sau đó một loạt các nhà máy sản xuất rượu từ ngun liệu tinh bột được thành lập như ở
Hà Nội, Nam Định, Hải Dương,… Sau này có xây dựng thêm một số nhà máy sản xuất
cồn rượu từ
mật rỉ tận dụng mật rỉ của các nhà máy đường.
Trước tình hình đó. Trong hội thảo “Dự án chiến lược phát triển khoa học cơng nghệ
ngành rượu bia nước giải khát “,theo đề nghị của các chun gia đến năm 2005 nước ta
nên có khoảng 180 đến 200 triệu lít rượu các loại, tương đương khoảng 50 triệu lít cồn
tinh khiết. Trong đó cồn từ ngun liệu tinh bột chiếm 30-40 %, số còn lại là cồn từ r
ỉ
đường. Cồn tinh bột trước mắt do nhà máy rượu Bình Tây, Hà Nội và Thanh Ba đảm

Hàm lượng axit tính theo axit axetic, mg/l 9 18
Hàm lượng furfurol
Khơng được
có
Khơng được
có
Thời gian oxy hố, phút 25 20
Màu sắc Trong suốt, khơng màu

I.2. NGUYÊN LIỆU DÙNG TRONG SẢN XUẤT RƯỢU
Ethanol có thể được sản xuất bằng phương pháp hóa học hoặc sinh học.Hiện nay trên thế
giới ,ethanol chủ yếu được sản xuất bằng phương pháp sinh học.Trong phương pháp này
người ta có thể sử dụng những nguồn sau đây:
Nguyên liệu chứa tinh bột gồm có: +Các loại ngũ cốc như gạo, bắp, lúa mạch, đại mạch,…
+ Các loại củ như khoai tây, khoai mì,…
Nguyên liệu chứa đường: bao gồm saccharose dạng tinh thể hoặc dạng dung dịch, nước
mía, dịch chiết từ củ cải đường, các loại syrup glucose, maltose có nguồn gốc từ tinh bột ,
mật rỉ.
Nguyên liệu chứa cellulose như bã mía, dăm bào, mạt cưa,…
Những nguồn nguyên liệu khác: huyết thanh sữa(phụ phẩm của công nghiệp sản xuất phô
mai),waste sulphite-liquor(phụ phẩm của công nghiệp sản xuất giấy)…
Ở nước ta, những nguồn nguyên liệu chính được dùng để sản xuất ethanol là gạo,khoai mì
và mật rỉ từ mía.
Trong đồ án này giới thiệu qui trình sản xuất ethanol từ gạo.
Gạo(Oryza sativa): hạt gạo gồm có 3 thành phần chính là nội nhũ (chiếm 93% trọng lượng
hạt), mầm (4%) và lớp vỏ cám (3%). Hàm lượng các hợp chất hóa học trong các thành
phần trên được trình bày trong bảng sau:
Các hợp chất
Tinh
bột Protein Chất béo Chất x

glucose.
Nước :
-Nước công nghệ được sử dụng trong hai giai đoạn : thủy phâân tinh bột trong gạo và hiệu
chỉnh nồng độ chất khô của mơi trường trước khi lên men. Theo Marintrenko và cộng sự
(1981) thì độ cứng của nước không vượt quá 7mg đương lượng/ lít.
Giống vi sinh vật :
-Trên thế giới, có hai loài vi sinh vật được dùng để lên men ethanol trong sản xuất công
nghiệp: nấm men Saccharomyces cereviside và vi khuẩn Zymomonas mobilis.
-Ưu điểm của vi khuẩn là có thể thực hiện quá trình lên men trong môi trường có nồng độ
glucose rất cao (40%). Ngoài ra, vi khuẩn có tốc độ sinh trưởng riêng, tốc độ sử dụng cơ
chất và sinh tổng hợp sản phẩm cũng cao hơn so với nấm men. Ở nước ta, nấm men là vi
sinh vật truyền thống được sử dụng để lên men ethanol. Hiện nay, các nhà máy ở Việt Nam
vẫn đang sử dụng nấm men để sản xuất ethanol.
-Theo lí thuyết, cứ 100g đường glucose được lên men thì sẽ tạo ra 51 g ethanol. Tuy
nhiên,hiệu suất chuyển hóa glucose thành ethanol trong thực tế không thể vượt quá 90-95%
so với giá trị lí thuyết.
Các nguyên liệu phụ khác :
-Các hợp chất dinh dưỡng cho nấm men : do hàm lượng các chất nitơ trong gạo rất thấp và
phần lớn không hòa tan được vào môi trường lên men nên việc bổ sung thêm các hợp chất
nitơ vào môi trường là rất cần thiết. Các hợp chất nitơ thường được sử dụng là muối
ammonium hoặc ure. Ngoài ra ca1cv nhà sản xuất còn bổ sung phosphore và các hợp chất
vi lượng(là chất chiết nấm men hoặc dòch chiết từ mầm ngũ cốc) cho nấm men để sử dụng
cho quá trình lên men ethanol .
-Chất chỉnh pH : thường sử dụng acid vô cơ như HCl, H
2
SO
4
,
-CaCl
2

đặt nơi thóang mát. Để hạn chế sự tổn thất rượu trong quá trình bảo quản, các nhà sản xuất
thường sử dụng một dụng cụ được gọi là bẫy rượu và được lắp đặt tại đỉnh của các thiết bị
chứa sản phẩm.
9CHƯƠNG II:
CHƯNG CẤT TINH CHẾ CỒN ETYLIC
II.1. KHÁI NIỆM
Chưng là q trình tách hỗn hợp lỏng thành các cấu tử riêng biệt bằng cách đun sơi hỗn
hợp,tách hơi tạo thành để ngưng tụ cơ sở của q trình chưng là dựa vào dộ bay hơi khác
nhau của các cấu tử trong hỗn hợp.
Chưng luyện là q trình phân tách hổn hợp lỏng xảy ra ở nhiều bậc;lặp lại q trình bay hơi
và ngưng tụ riêng phần; các hỗn hợp được phân tách trên bề mặ
t tiếp xúc pha.

- Tháp mâm chóp : trên mâm bố trí có chóp dạng tròn, xupap, chữ s…
- Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh
- Tháp chêm (tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với nhau bằng mặt bích hay
hàn. Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay
xếp thứ tự.
So sánh ưu nhược điểm của các loại tháp:
10

Tháp chêm Tháp mâm xuyên lỗ Tháp mâm chóp
Ưu
điểm
- Cấu tạo khá đơn giản.
- Trở lực thấp.
- Làm việc được với chất lỏng bẩn.
- Trở lực tương đối thấp.
- Hiệu suất khá cao.
- Khá ổn đònh.
- Hiệu suất cao.
Nhược
điểm
- Do có hiệu ứng thành nên hiệu suất
truyền khối thấp.
- Độ ổn đònh thấp, khó vận hành.
- Khó tăng năng suất.
- Thiết bò khá nặng nề.
- Không làm việc được với
chất lỏng bẩn.

Tạ
p
chất
Nước
Chế phẩm amylase
Chất chỉnh pH. CaCl2
Hợp chất chứa N P,
chất vi lượng
Nhân
i
ố
Nấm men
1 số chất dễ bay
hơi
Hèm
11
II.4.2. Sô ñồ coâng nghệ 12

II.4.3 Giải thích quy trình coâng nghệ
II.4.3.1 Tách tạp chất:
Mục đích công nghệ: chuẩn bị.
Gạo có thể bị lẫn các tạp chất, đáng chú ý nhất là các tạp chất kim loại. Chúng sẽ ảnh hưởng
đến thiết bị nghiền. Do đó việc tách kim loại trước khi nghiền gạo là rất cần thiết.
Các biến đổi của nguyên liệu

Hóa học và hóa sinh: nhờ xúc tác của hệ amylase, tinh bột sẽ bị thủy phân thành đường
glucose, maltose, maltotriose và một số oligosaccharide khác. Ngoài ra, nếu chúng ta dịch hóa
ở nhiệt độ cao phản ứng Maillard sẽ xảy ra, một phần đường sẽ bị phân hủy tạo nên các hợp
chất làm cho dịch thủy phân bị sậm màu.

Hiện nay có rất nhiều quy trình thủy phân tinh bột thành đường. Trong phần tiếp theo, chúng
tôi sẽ
giới thiệu quy trình sử dụng phương pháp xử lý nguyên liệu ở nhiệt độ cao và áp suất
cao. Đầu tiên, trong thiết bị phối trộn, người ta sẽ trộn bột gạo với nước để tạo huyền phù có
nồng độ chất khô là 30-35%, sau đó chỉnh pH về 4,5. Tiếp theo, bơm hỗn hợp vào thiết bị hồ
hóa-dịch hóa và cho hơi vào để nhiệt độ hỗn hợp đạt 150-160
0
C (sử dụng phương pháp gia
nhiệt trực tiếp). Giữ hỗn hợp ở nhiệt độ nói trên trong thời gian 4-8 phút. Sau đó, tháo hỗn
hợp ra khỏi thiết bị hồ hóa-dịch hóa để đưa qua thiết bị làm nguội dạng ống lồng ống. Rời
thiết bị làm nguội, hỗn hợp có nhiệt độ là 95-98
0
C và được đưa vào thiết bị đường hóa. Người
ta sẽ bổ sung CaCl
2
vào thiết bị và chỉnh pH hỗn hợp về 5,6-6,2, sau đó bổ sung chế phẩm
alpha-amylase chịu nhiệt vào. Thời gian phản ứng kéo dài 30 phút.
Cuối cùng, hạ nhiệt độ hỗn hợp trong thiết bị đường hóa về 55-60
0
C, chỉnh pH và bổ sung chế
phẩm glucoamylase vào. Quá trình đường hóa sẽ kết thúc khi dịch thủy phân không làm biến
màu dung dịch I
2
0,02N.
II.4.3.4 Làm nguội, chuẩn bị môi trường lên men và cấy giống

+ Hình thành hàng trăm hợp chất hóa học khác nhau là những sản phẩm trung gian và sản
phẩm phụ của quá trình lên men rượu. Chúng được chia thành bốn nhóm chính: aldehyde và
ketone (nhiều nhất là aldehyde acetic), rượu (đáng chú ý nhất là methanol và dầu fusel với
thành phần gồm có propanol, butanol và pentanol), acid hữu c
ơ và ester (chiếm hàm lượng
cao nhất là ethyl acetate).
-Vật lý: nhiệt độ canh trường sẽ tăng lên do một phần năng lượng từ quá trình trao đổi chất
của nấm men được thải ra ngoài dưới dạng nhiệt năng.
-Hóa lý: một phần khí carbon dioxide được nấm men sinh ra sẽ hòa tan vào canh trường, một
số hợp chất keo bị kết tủa do sự thay đổi pH.
Thiết bị và thông số công nghệ:
Quá trình lên men ethanol có thể được thực hi
ện theo phương pháp chu kỳ hoặc liên tục. Ơû
một số nước trên thế giới, người ta đã áp dụng thành công phương pháp lên men ethanol liên
tục, sử dụng nấm men hoặc vi khuẩn cố định trên các chất mang vô cơ hoặc hữu cơ. Phương
pháp này làm tăng năng suất sản xuất của nhà máy do tốc độ lên men và hiệu suất sinh tổng
hợp rượu gia tăng. Tại Việt Nam, hiện nay các nhà máy sản xuất rượ
u vẫn sử dụng phương
pháp lên men chu kỳ là chủ yếu.
Tùy theo khả năng chịu áp lực thẩm thấu và chịu cồn của giống nấm men mà nồng độ chất
khô ban đầu của môi trường lên men sẽ thay đổi, nó thường nằm trong khoảng 16-26%. Nhiệt
độ lên men là 28-30
0
C. Thời gian lên men dao động trong khoảng 24-60 giờ. Khi quá trình lên
men kết thúc, chúng ta sẽ thu được dấm chính. Nồng độ ethanol trong dấm chín thường dao
động trong khoảng 8-13%.
II.4.3.6 Chưng cất và tinh luyện
Mục đích công nghệ: khai thác và hoàn thiện.
Dựa vào nhiệt độ sôi của các cấu tử, Marintrenko và cộng sự (1981) đã chia các tạp chất dễ
bay hơi trong dịch dấm chín thành bốn nhóm: đầu, đuôi, giữa và cuối.

Nguyên lí : Dịch dấm chín sẽ được đưa vào tháp chưng cất và chảy từ trên xuống, hơi nước sẽ
được nạp vào tháp từ dưới lên. Phần hơi của ethanol và các tạp chất sẽ thoát ra khỏi tháp
chưng cất để đ
i vào bộ phận ngưng tụ . Dịch ngưng tụ sẽ được đưa tiếp vào tháp aldehyde ,để
tách nhóm tạp chất đầu, sau đó sẽ đi vào tháp tinh luyện .Cuối cùng, người ta sẽ thu được cồn
tinh luyện và dầu fusel (hỗn hợp rượu cao phân tử). Phần bã hèm sẽ được lấy ra từ phía đáy
tháp chưng cất ,còn nước thải sẽ được thoát ra từ đáy tháp tinh luyện.
+ Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau khi làm nguội : t’
D
=35
o
C .
+ Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi trao đổi nhiệt : t’
W
= 35
o
C .
+ Nhiệt độ dòng nước lạnh đi vào ( TBNT+TB làm nguội sản phẩm): t
nV
= 28
o
C
+ Nhiệt độ dòng nước lạnh đi ra (TBNT+TB làm nguội sản phẩm) :t
nR
= 40
o
C (do tính các
thiết bò làm nguội bằng nước thì nhiệt độ cuối của nước không được quá 40-50 độ,vì nếu
nhiệt độ cao hơn thì các muối dễ kết tủa và đóng cặn trên bề mặt truyền nhiệt)
+Trạng thái nhập liệu là trạng thái lỏng sôi .
• Các kí hiệu :
+
F , F : suất lượng nhập liệu tính theo Kg/h , Kmol/h .
+
D
, D : suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo Kg/h , Kmol/h .
+

+ Không có mất mác nhiệt ; Q
m
= 0
+ Theo qui tắc Trutol : ẩn nhiệt hóa hơi theo mol của các chất hữu cơ là bằng nhau: r
R
= r
NIII.2. CƠ SỞ LÍ THUYẾT
III.2.1 . Cân bằng pha-xét hệ cân bằng lỏng hơi hệ 2 cấu tử A&B
Cơ sở xây dựng đường cân bằng:
Định luật Raoult: P
i
=P
i
o
. x
i
(1)
Ư P= P
A
o
. x
A
+ P
B
o
. x
B

(4)
Ư y
A
*
=
P
P
A
=
)1(.
.
A
o
A
o
A
A
o
A
xPxP
xP
−+
B
=
A
A
x
x
)1(1
.

B
o
A
P
P
: độ bay hơi tương đối
hệ athanol-nước: hệ thực có sai lệch dương tạo hỗn hợp đẳng phí tại 89,4%mol,sôi 78,15
o
C
Hỗn hợp Etanol – Nước:
Ta có bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp
Etanol - Nước ở 760 mmHg:
x(%phân
mol)
0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
y(%phân
mol)
0 33,2 44,2 53,1 57,6 61,4 65,4 69,9 75,3 81,8 89,8 100
t(
o
C) 100 90,5 86,5 83,2 81,7 80,8 80 79,4 79 78,6 78,4 78,4

Hệ Etanol -Nước
0
10
20
30
40
50
60

lưu (kmol/h)
 L

: lượng lỏng ra khỏi đoạn
cất(Kmol/h)
 L’: lượng lỏng đi vào đoạn
chưng (Kmol/h)
 L
W
: lượng lỏng ra khỏi đóa cuối
cùng của đoạn chưng (Kmol/h)
 y :phần mol pha hơi trong dòng
vào đoạn cất
• Thiết bò ngưng tụ hồi lưu
G
D
= L
0
+D = (
D
L
0
+1).D = (R+1).D (6)
Trong đó:
 R:chỉ số hồi lưu (là lượng lỏng hồi lưu ứng với 1 kmol sản phẩm)
R =
D
L
0
(7)

Mà G=G
D
=(R+1).D
L=L
O
=R.D
=>y =
D
xG
D
x
G
L
.
. +
=
1
.
1 +
+
+ R
x
x
R
R
D
(13)
Phương trình của đoạn cất đi qua 2 điểm
18
o y(

W
.y+ W.x
W
(15)
Mà L
W
=L+ F= L
o
+F = R.D+F (16)
G
W
=G=G
D
=(R+1).D
W=F-D
Ư y=
WW
WW
W
x
R
f
x
R
fR
x
G
W
x
G

)
y(
x=0
)= -
W
x
R
f
1
1
+
−
=> (0; -
W
x
R
f
1
1
+
−
)

III.2.3 . Cân bằng năng lượng
Phương trình cân bằng nhiệt lượng: Q
F
+ Q
đ
= Q
D

.t
D
- C
D
’.t
D
’) (J/h)
 Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào Q
F
:
Q
F
= F .h
F
=

FF
F
Ct

(J/h)
 Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra Q
w
:
Q
w
=
W
.(h
W

(J/h)
Trong đó: C : nhiệt dung riêng (J/Kg.độ )
h : nhiệt hàm (J/Kg)
r

: ẩn nhiệt hóa hơi ( J/Kg)
19
• Cân bằng nhiệt lượng của thiết bò ngưng tụ :
Ngưng tụ hoàn toàn sản phẩm đỉnh : Q
nt
= ).().1(.
1 nVnRnD
hhGrRD −=+

(J/h)
→ Lượng nước cần cấp cho thiết bò ngưng tụ: G
n1
=
()
nt
nR nV
Q
hh
=
−

)(
nVnRn
nt
ttC

−
( Kg/h)
• Cân bằng nhiệt lượng của thiết bò làm nguội sản phẩm đáy:
Phương trình cân bằng nhiệt lượng : Q
W
=
'
3
.( ) .( )
WW nnRnV
Wh h G h h−= − (J/h)
→ Lượng nước cần cấp cho thiết bò làm nguội: G
n3
=
3
()
nR nV
Q
hh
=
−
)(
3
nVnRn
ttC
Q
−
( Kg/h)

III.3. XÁC ĐỊNH PHÂN MOL-PHÂN KHỐI LƯNG-SUẤT LƯNG MOL CỦA

−+×
×
994).95,01(83,77495,0
83,77495,0
0,937
(kg ethanol/ kg hỗn hợp D ).
18/)94.01(46/94.0
46/94.0
/)1(/
/
−+
=
−+
=
NDRD
RD
D
MxMx
Mx
x
= 0,853
(kmol ethanol/ kmol hỗn hợp D ).
D =
24.
.
35,
D
DD
M
V

C .
Tra bảng 1.249, trang 310, [1] ta được
N
ρ
= 994 kg/m
3

Tra bảng 1.2, trang 9, [1] ta được
R
ρ
= 776,250 kg/m
3

⇒
=
35,D
ρ
787,138 kg/m
3

* Phân mol - phân khối lượng – suất lượng nhập liệu :
x
F
= 0,40 (kmol ethanol/ kmol hỗn hợp F ).
18).1(.46
x.46
FF
F
F
xx

xx
x
−+
=
= 0,0189 (kg ethanol / kg hỗn hợp W )
W = W. M
W
= 90,377. 18,209 =1645,687 (Kg/h)
• Khối lượng riêng
¾ Khối lượng riêng trung bình dòng sản phẩm đỉnh :
N
D
R
D
D
xx
ρρρ
−
+=
11
(m
3
/kg)
Từ đồ thò t-xy , tại x
D
= 0,8528 ta suy ra nhiệt độ sản phẩm đỉnh ra tháp chưng cất là t
D
=
78,494
0

( m
3
/kg)
Do ta chọn trạng thái nhập liệu vào tháp chưng cất là trạng thái lỏng sôi nên từ đồ thò t-xy
, tại x
F
= 0,4 ta suy ra nhiệt độ nhập liệu vào tháp chưng cất là t
F
= 80,8
0
C
Tra bảng 1.249, trang 311, [1] ta được
N
ρ
= 971,288 kg/m
3

Tra bảng 1.2, trang 9, [1] ta được
R
ρ
= 734,240 kg/m
3

⇒ =
F
ρ
807,094 kg/m
3

¾ Khối lượng riêng trung bình dòng sản phẩm đáy :

= 717,348 kg/m
3

⇒ =
W
ρ
953,299 kg/m
3III.4 . XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HOÀN LƯU THÍCH HP
III.4.1 . Chỉ số hồi lưu tối thiểu R
m
Chỉ số hồi lưu tối thiểu là chỉ số hồi lưu ứng với động lực quá trình bằng 0, 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 .
Do đồ thò cân bằng của hệ Etanol-Nước có điểm uốn ,nên xác đònh tỉ số hoàn lưu tối thiểu
bằng cách :
+Trên đồ thò cân bằng y-x ,từ điểm (0,85;0,85) ta kẻ một đường thẳng tiếp tuyến với
đường cân bằng tại điểm uốn , cắt trục Oy tại điểm có y
o
= 0,2886 .
+Theo phương trình đường làm việc đoạn cất , khi x
o
=0 thì y
o
=
1
min
+R


H: chiều cao làm việc của tháp, m
f = π.D
t
2
/4
D
t
=
hh
D
w
DR
w
G
.785,0
)1(
.785,0
+
=
f~ (R+1)
trong điều kiện làm việc nhất đònh thì G
D
không đổi =>V~n
lt
.(R+1)
H ~ N
lt

Với : D

3 y=0,750x + 0,213 y=1,29x - 0,0022 22,786 91,144
3,5 y=0,778x + 0,189 y=1,26x - 0,0019 19,484 87,678
4 y=0,800x + 0,171 y=1,23x- 0,0017 17,711 88,555
4,5 y=0,818 x + 0,155 y=1,21x - 0,0016 16,534 90,937
5 y= 0,833x + 0,142 y=1,19x - 0,0014 15,722 94,332
Vẽ đồ thò của quan hệ này ,ta xác đònh được điểm cực tiểu của n
lt
.(R+1),tức là thể tích tháp
nhỏ nhất ứng với tỉ số hoàn lưu thích hợp R .

Vậy : Tỉ số hoàn lưu thích hợp là R= 3,6 .

22
III.5 . PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC
III.5.1. Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất
y =
1
.
1
.
+
+
+
R
x
x
R
R
D
= 0,783.x + 0,185


ytb
: khối lượng mol trung bình của pha hơi ,Kg/Kmol
IV.1.1 . Đường kính đoạn cất
a . Lượng hơi trung bình đi trong đoạn cất :
2
GG
G
D
c
tb
+
=
(Kmol/h)
 Xác đònh G
D
:
(6) G
D
=(R+1).D =(3,6+1).78,301 = 360,187(kmol/h)
 Xác đònh G

: Từ hệ phương trình :
G.r = G
D
.r
D

G = L + D (I)
G.y = L.x + D.x
D

o
C , tra bảng I.212+213,trang 254+257 [1] ta có :
n nhiệt hoá hơi của nước : r
Nd
= 560,506 (Kcal/kg)= 42241,088 (KJ/kmol) .
n nhiệt hoá hơi của rượu : r
Rd
= 207,602 (Kcal/kg)= 39982,739 (KJ/kmol).
Suy ra:r
D
=r
Rd
.y
D
+(1-y
D
).r
Nd
= 40314,552 (KJ/kmol) [y
D
= x
D
]
* x

= x
F
= 0,40
Giải hệ phương trình (I) , ta được : G = 346,635 (Kmol/h)
L = 268,334 (Kmol/h)

tb
c
tb
c
tb
c
ytb
t
yy
ρ
(Kg/m
3
)
+ Nồng độ mol trung bình của pha hơi ở đoạn cất : y
tb
c
=
2
yy
D
+
=
2
0,502853,0 +
= 0,678
+ Nhiệt độ trung bình của pha hơi từ giản đồ t-x,y : t
tb
c
=81,773
o

+Nồng độ khối lượng trung bình của pha lỏng trong đoạn cất :
24
Thay y
tb
c
= 0,678 vào phương trình làm việc đoạn cất:y=0,783.x + 0,185.
Tính được: x
tb
c
= 0,629.
Suy ra:
18).1(.46
.46
c
tb
c
tb
c
tb
c
tb
xx
x
x
−+
=
= 0,812
+Từ t
tb
= 81,773

yy −+ =36,976 (Kg/Kmol)
d . Tốc độ hơi trung bình đi trong đoạn cất :
Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp với mâm xuyên lỗ có ống chảy chuyền :
c
ytb
c
xtb
c
gh
ρ
ρ
ω
.05,0=
1,270
768,557
.05,0=
=1,230 (m/s)
Để tránh tạo bọt ta chọn tốc độ hơi trung bình đi trong đoạn cất :
==
c
gh
c
ytb
ωω
.8,0 0,984 (m/s)
Vậy :đường kính đoạn cất :
c
ytb
c
c

W
.r
W
= G’.r’=G.r
L
W
= G
W
+ W (II)
L
W
.x’ = G
W
.y’+ W.x
W

r
W
: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đáy tháp (KJ/Kmol)
r’: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi ra khỏi đoạn chưng (KJ/Kmol)
* Tính r : đã tính được ở phần cất
r = 42067,291 - 351,6.y = 42067,291 - 351,6 . 0,502 = 41891,494 (KJ/kmol)
* Tính r
W
: t
W
= 98,58
o
C , tra bảng I.212+213,trang 254+257 [1] ta có :
n nhiệt hoá hơi của nước : r

ch
= 347,649
2
346,635 348,662
=
+
(Kmol/h)
b . Khối lượng riêng trung bình trong đoạn chưng
ρ
tb
ch
:
 Với pha hơi
ρ
ytb
ch
:
()
[
]
()
273.4,22
273.18.146.
+
−+
=
ch
tb
ch
tb

Suy ra : ρ
ytb
ch

=0,853 (Kg/m
3
).
 Với pha lỏng
ρ
xtb
ch
:
N
c
tb
R
c
tb
c
xtb
xx
ρρ
ρ
−
+=
11
(Kg/m
3
)
+ Nồng độ trung bình của pha lỏng trong đoạn chưng :

N
ρ
= 967,833 kg/m
3

Tra bảng 1.2, trang 9, [1] ta được
R
ρ
= 729,146 kg/m
3

⇒ =
ch
xtb
ρ
856,367 kg/m
3

c . khối lượng mol trung bình của pha hơi đi trong đoạn chưng :
M
ytb
ch
= 18).1(.46
ch
tb
ch
tb
yy −+ =25,137 (Kg/Kmol)
d . Tốc độ hơi trung bình đi trong đoạn chưng :
Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp với mâm xuyên lỗ có ống chảy chuyền :

M
D
ρ
.ω.3600.π
.4G
ytb
tb
= =
.0,843267,1.3600.14,3
,137347,649.25.4
=1,691 (m).
Kết luận : Qui chuẩn đường kính của toàn tháp là : D
t
= 1,8 (m).
Khi đó tốc độ làm việc thực ở :
+ Phần cất : ω
lv
c
= =
2
tb
3600π
.4G
t
c
ytb
c
ytb
c
D

đáy
=H
nắp
=h
t
+ h

+ h
t
– chiều sâu bên trong của phần elip . Chọn đáy (nắp) tiêu chuẩn có
25,0=
t
t
D
h