Trng H CN Vit Trỡ ỏn mụn hc
Khoa Cụng Nghờ Hoa Hoc QT va Thiờt bi hoa hoc
Bộ Công thơng
Trờng ĐH Công nghiệp việt trì
Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Đồ án môn học Quá trình thiết bị công nghệ hóa học
Số :
Họ và tên HS-SV : Nguyn Hi Ngc
Lớp : CH1 11 Khoá: 2011-2015
Khoa : Công nghệ Hoá
Giáo viên hớng dẫn : Nguyễn Tin Hng
Nội dung
Thiết kế tháp chng luyện liên tục loại tháp đệm để phân tách hỗn hợp benzen
- toluen.
Các số liệu ban đầu:
- Năng suất tính theo hỗn hợp đầu F = 7200 kg/h.
- Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong:
+ Hỗn hợp đầu: a
F
= 0,76 phần khối lợng.
+ Sản phẩm đỉnh: a
P
= 0,9 phần khối lợng.
+ Sản phẩm đáy: a
W
= 0,08 phần khối lợng.
- Tháp làm việc ở áp suất thờng
- Hỗn hợp đầu đợc gia nhiệt đến nhiệt độ sôi.
TT Tên bản vẽ Khổ giấy Số lợng
1

cơ hội cho sinh viên ngành công nghệ máy và thiết bị hóa chất và bản thân em làm quen với công
việc của một kỹ sư hóa.
Để hoàn thành nhiệm vụ thiết kế được giao, em xin chân thành cảm ơn cô thầy giáo Nguyễn
Tiến Hưng là người trực tiếp giúp đỡ, hướng dẫn em trong quá trình làm đồ án. Mặc dù đã cố
gắng để hoàn thành tốt nhiệm vụ, song do còn hạn chế về tài liệu, cũng như kinh nghiệm thực tế,
nên sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình thiết kế. Em kính mong được các
thầy cô xem xét và chỉ dẫn thêm để bản đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Phú thọ, ngày 26 tháng 05 năm 2014

Sinh viên thực hiện
Nguyễn Hải Ngọc
GVHD : Nguyễn Tiến Hưng lớp: Ch1D11 [page]
Sinh viên: Nguyễn Hải Ngọc email:
2
Trường ĐH CN Việt Trì Đồ án môn học
Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học
MôC LôC

GVHD : Nguyễn Tiến Hưng lớp: Ch1D11 [page]
Sinh viên: Nguyễn Hải Ngọc email:
3
Trường ĐH CN Việt Trì Đồ án môn học
Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học
A. PhÇn thuyÕt minh
LêI GIíI THIÖU
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nền công nghiệp đã
mang lại cho con người những lợi ích vô cùng to lớn về vật chất và tinh thần. Để
nâng cao đời sống nhân dân, để hòa nhập chung với sự phát triển chung của các
nước trong khu vực cũng như trên thế giới Đảng và Nhà nước ta đã đề ra mục tiêu

chng ct l :
a. ỏp sut lm vic:
- Chng ct áp sut thp.
- Chng ct áp sut thng.
- Chng ct áp sut cao.
Nguyên tắc của phơng pháp này là dựa trên nhiệt độ sôi của các cấu tử: nu
nhit sôi ca các cu t quá cao thì gim áp sut lm vic gim nht
sôi ca các cu t.
b. Nguyên lý lm vic: c th lm vic theo nguyên lý liên tc hoc gián
on:
Chng gián on: phng pháp ny c s dng khi:

GVHD : Nguyn Tin Hng lp: Ch1D11 [page]
Sinh viờn: Nguyn Hi Ngc email:
5
Trng H CN Vit Trỡ ỏn mụn hc
Khoa Cụng Nghờ Hoa Hoc QT va Thiờt bi hoa hoc
Nhit sôi ca các cu t khác xa nhau.
Không cn òi hi sn phm có tinh khit cao
Tách hn hp lng ra khi tp cht không bay hi.
Tách s b hn hp nhiu cu t.
Chng liên tc: l quá trình c thc hin liên tc nghch
dòng v nhiu on
2. Thiết bị chng luyện
Trong sn xut thng s dng rt nhiu loi tháp khác nhau nhng chng
u có mt yêu cu c bn l din tích tip xúc b mt pha ln.
Tháp chng ct phong phú v kích c v ng dng. Các tháp ln thng
c s dng trong công ngh lc hóa du. ng kính tháp ph thuc vo
lng pha lng v lng pha khí, tinh khit ca sn phm. Mi loi tháp
chng li có cu to riêng, có u im v nhc im khác nhau, vy ta phi

đương thời, vì căn cứ vào công thức phân tử thì phân tử benzen thể hiện tính không
no cao nhưng rất khó tham gia phản ứng cộng, ngược lại benzen rất dễ tham gia
phản ứng thế. Tuy nhiên vào năm 1929, công thức của Kekulé đã được công nhận
bởi Kathleen Lonsdale.
Theo phân tích quang phổ thì góc liên kết giữa các nguyên tử trong benzen đều là
120 độ, các liên kết C-C đều như nhau (140 pm), lớn hơn liên kết đôi đơn lẻ và nhỏ
hơn liên kết đơn (136 pm và 147 pm). Điều này được giải thích qua thuyết lai hoá
obitan như sau: trong phân tử benzen, các nguyên tử C ở trạng thái lai hoá sp
2
liên
kết với nhau và với các nguyên tử H thành mặt phẳng phân tử benzen, các obitan p
vuông góc với mặt phẳng không chỉ liên kết thành cặp mà liên kết với nhau thành
hệ liên hợp. Do vậy mà liên kết đôi ở benzen thường bền hơn so với các hợp chất
có liên kết đôi khác, dẫn đến các tính chất đặc trưng mà người ta gọi là tính thơm.
c. Tính chất hóa học.
 Phản ứng cộng
Benzen trong điều kiện có xúc tác niken, nhiệt độ cao cộng với khí hiđrô tạo
ra xiclohexan. Khi có chiếu sáng, benzen tác dụng khí clo tạo
ra hexacloran C
6
H
6
Cl
6
(còn gọi là thuốc trừ sâu ba số 6, thuốc trừ sâu 6-6-6), một
thuốc trừ sâu hoạt tính rất mạnh, đã bị cấm.
 Phản ứng Friedel-Crafts
Khi có axit Lewis, benzen phản ứng với metylclorua tạo ra toluen.
 Phản ứng thế electrophyl
Benzen phản ứng thế với halogen(X

2. Toluen
1. Tính chất vật lý
Là chất lỏng không màu, có thể cháy được, độ nhớt thấp, có mùi thơm giống
benzen. Nó là dung môi hòa tan rất tốt chất béo, dầu, nhựa thông, lưu huỳnh,
photpho và iot, Toluen có thể tan lẫn hoàn toàn với hầu hết dung môi hữu cơ như
rượu, ete, xeton, phenol, este, Toluen rất ít tan trong nước, độ hòa tan vào nước ở
16
0
C là 0,047g/100ml còn ở 15
0
C là 0,4g/100ml.
Toluen có công thức cấu tạo C
6
H
5
CH
3
or C
7
H
8
- Khối lượng phân tử : 92 đvc
- Tỉ trọng ở 20
0
C : 0,866
- Nhiệt độ sôi : 110,6
0
C
- Nhiệt đọ nóng chảy :- 95
0

Nớc ngng
11
11
Nớc lạnh
Nớc
Chú thích :
1- Thùng chứa hỗn hợp đầu 2- Bơm
3- Thùng cao vị 4- Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu
5- Tháp chng luyện 6- Thiết bị ngng tụ hồi lu
7- Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh 8- Thùng chứa sản phẩm đỉnh
9- Thiết bị gia nhiệt đáy tháp 10- Thùng chứa sản phẩm đáy
11- Thiết bị tháo nớc ngng
Thuyết minh dây chuyền công nghệ
GVHD : Nguyn Tin Hng lp: Ch1D11 [page]
Sinh viờn: Nguyn Hi Ngc email:
9
Trng H CN Vit Trỡ ỏn mụn hc
Khoa Cụng Nghờ Hoa Hoc QT va Thiờt bi hoa hoc
Nguyên liệu đầu đợc chứa trong thùng chứa (1) và đợc bơm (2) bơm lên thùng
cao vị (3). Mức chất lỏng cao nhất ở thùng cao vị đợc khống chế bởi cửa chảy tràn.
Hỗn hợp đầu từ thùng cao vị (3) tự chảy xuống thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu (4),
quá trình tự chảy này đợc theo dõi bằng van và đồng hồ đo lu lợng. Tại thiết bị đun
nóng hỗn hợp đầu (4) (dùng hơi nớc bão hoà), hỗn hợp đầu đợc gia nhiệt đến nhiệt
độ sôi. Sau khi đạt đến nhiệt độ sôi, hỗn hợp này đợc đa vào đĩa tiếp liệu của tháp
chng luyện loại tháp đệm (5). Trong tháp, pha lỏng đi từ trên xuống tiếp xúc với hơi
đợc tạo thành ở thiết bị đun sôi đáy tháp (9) đi từ dới lên, tại đây xảy ra quá trình
bốc hơi và ngng tụ nhiều lần. Theo chiều cao của tháp, càng lên cao thì nhiệt độ
càng thấp nên khi hơi đi qua các tầng đệm từ dới lên, cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽ
ngng tụ. Quá trình tiếp xúc lỏng hơi trong tháp diễn ra liên tục làm cho pha hơi
ngày càng giàu cấu tử dễ bay hơi, pha lỏng ngày càng giàu cấu tử khó bay hơi. Cuối

: nng phn mol ca cu t d bay hi trong hn hp u
x
P
: nng phn mol ca cu t d bay hi trong sn phm nh
x
W
: nng phn mol ca cu t d bay hi trong sn phm ỏy.
Gi thit:
- S mol pha hi i t di lờn l bng nhau trong tt c mi tit din ca thỏp.
- S mol cht lng khụng thay i theo chiu cao on chng v on luyn.
- Hn hp u i vo thỏp nhit sụi.
- Cht lng ngng t trong thit b ngng t cú thnh phn bng thnh phn
ca hi i ra nh thỏp.
- Cp nhit ỏy thỏp bng hi t giỏn tip.
iu kin v yờu cu thit b:
- Nng sut thit b tớnh theo hn hp u F
1
= 2 (kg/s).
- Nng cu t d bay hi (C
6
H
6
) trong:
+ Hn hp u: a
F
= 0,76 phn khi lng.
GVHD : Nguyn Tin Hng lp: Ch1D11 [page]
Sinh viờn: Nguyn Hi Ngc email:
11
Trường ĐH CN Việt Trì Đồ án môn học

A
A
A
A
M
a
M
a
M
a
x
−
+
=
1
Trong đó: a
A
là nồng độ phần khối lượng của rượu metylic.
M
A
, M
B
là khối lượng mol của rượu metylic nước.
M
A
= 78 (kg/kmol) ; M
B
= 92 (kg/kmol).
=
F

9,01
78
9,0
78
9,0
1
=
−
+
=
−
+
=
B
P
A
P
A
P
P
M
a
M
a
M
a
x
phần mol.
093,0
92

GVHD : Nguyễn Tiến Hưng lớp: Ch1D11 [page]
Sinh viên: Nguyễn Hải Ngọc email:
12
Trường ĐH CN Việt Trì Đồ án môn học
Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học
Ta có :
M
W
= 0,093.78 + (1 - 0,093).92 = 90,698 (kg/mol)
M = 0,91.78 + (1 - 0,91).92 = 79,26 (kg / kmol)
M
F
= 0,78.78+ (1 - 0,78).92 = 81,08 (kg/kmol)
1.Cân bằng vật liệu
Hỗn hợp đầu vào F ( benzen- toluen ) được phân tách thành sản phẩm đỉnh P
(Benzen), và sản phẩm đáy W (Toluen). Ở đĩa trên cùng có 1 lượng lỏng hồi lưu, ở
đáy tháp có thiết bị đun sôi. Lượng hơi đi ra đỉnh tháp D
o
.
Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống chưng
Phương trình cân bằng vật liệu:
F = P + W
Trong đó:
- F là lượng hỗn hợp đầu đi vào tháp (kmol/ h)
- P là lượng sản phẩm đỉnh (kmol/ h)
- W là lượng sản phẩm đáy (kmol/ h)
GVHD : Nguyễn Tiến Hưng lớp: Ch1D11 [page]
Sinh viên: Nguyễn Hải Ngọc email:
13
D


Lượng hỗn hợp đầu:
F = 7200 (kg / h)
Lượng sản phẩm đỉnh:
34,6054
093,091,0
093,078,0
.7200. =
−
−
=
−
−
=
WP
WF
xx
xx
FP
(kg/h)
Lượng sản phẩm đáy:
66,114534,60547200 =−=−= PFW
(kg/h)
Đổi đơn vị F, p , w từ kg/h sang kmol/h
)/(80,88
08,81
7200)/(
hkmol
M
hkgF

2.Tính chỉ số hồi lưu tối thiểu
Từ số liệu bảng IX.2a (Sổ tay QT&TBCNHC-2 trang 148) ta có thành phần cân
bằng lỏng hơi của rượu metylic-nước được cho theo bảng sau
GVHD : Nguyễn Tiến Hưng lớp: Ch1D11 [page]
Sinh viên: Nguyễn Hải Ngọc email:
X 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Y 0 26,8 41,8 57,9 66,5 72,9 77,9 82,5 87 91,5 95,8 100
T 100 92,3 87,7 81,7 78 75,3 73,1 71,2 69,3 67,6 66 64,5
14
Trường ĐH CN Việt Trì Đồ án môn học
Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học
Từ bảng số liệu trên ta vẽ được đồ thị biểu diễn đường cân bằng lỏng hơi, từ đó xác
định được chỉ số hồi lưu tối thiểu Rmin.
Với giá trị x = 0,209 ta kẻ đường song song với trục y và cắt đường cân bằng, từ đó
ta kẻ đường song song với trục x cắt trục y tại B và ta xác định được giá trị y
*
=
0,59 Từ đó ta tính được R:
R =

=
643,0
209,059,0
59,0835,0
=
−
−
3.Tính chỉ số hồi lưu thích hợp
Chỉ số hồi lưu làm việc thường được xác định thông qua chỉ số hồi lưu tối
thiểu:

có tung độ B = , đường làm việc đoạn chưng đi qua giao điểm của đường làm việc
đoạn luyện với đường
F
x const
=
và điểm (
W
x
,
W
y
). Vẽ các tam giác như hình ta thu
được số đĩa lý thuyết
GVHD : Nguyễn Tiến Hưng lớp: Ch1D11 [page]
Sinh viên: Nguyễn Hải Ngọc email:
15
Trường ĐH CN Việt Trì Đồ án môn học
Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học
Hình vẽ số đĩa lý thuyết
Với b=1,2
⇒
số đĩa lý thuyết là :10
Ta có : R
x
=1,2*0,643=0,7716
Phương trình nồng độ làm việc đoạn luyện :

005,0436,0
17716,0
835,0

1
1
1
+=×
+
−
+×
+
+
=×
+
−
+×
+
+
= xxx
R
f
x
R
Rf
Y
wc
với
f=4,478
GVHD : Nguyễn Tiến Hưng lớp: Ch1D11 [page]
Sinh viên: Nguyễn Hải Ngọc email:
16
Trường ĐH CN Việt Trì Đồ án môn học
Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học

p
x
x
L
Phương trình nồng độ làm việc đoạn chưng:

05,0831,2029,0
19,0
1478,4
19,0
9,0478,4
1
1
1
+=×
+
−
+×
+
+
=×
+
−
+×
+
+
= xxx
R
f
x

+
= xx
R
x
x
R
R
Y
x
p
x
x
L
Phương trình nồng độ làm việc đoạn chưng:

049,0714,2029,0
1029,1
1478,4
1029,1
029,1478,4
1
1
1
+=×
+
−
+×
+
+
=×

1574,1
11
+=
+
+×
+
=
+
+×
+
= xx
R
x
x
R
R
Y
x
p
x
x
L
Phương trình nồng độ làm việc đoạn chưng:

05,061,2029,0
11574,1
1478,4
11574,1
1574,1478,4
1

Ta có R
x
=2*0,643 =1,286
Phương trình nồng độ làm việc đoạn luyện :

37,056,0
1286,1
835,0
1286,1
286,1
11
+=
+
+×
+
=
+
+×
+
= xx
R
x
x
R
R
Y
x
p
x
x

wc
Với b=2,2
⇒
Số đĩa lý thuyết là :6
GVHD : Nguyễn Tiến Hưng lớp: Ch1D11 [page]
Sinh viên: Nguyễn Hải Ngọc email:
20
Trường ĐH CN Việt Trì Đồ án môn học
Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học
Ta có R
x
=2,2*0,643 =1,415
Phương trình nồng độ làm việc đoạn luyện :

35,066,0
1415,1
835,0
1415,1
415,1
11
+=
+
+×
+
=
+
+×
+
= xx
R

+
+
= xxx
R
f
x
R
Rf
Y
wc
Với b=2,4
⇒
Số đĩa lý thuyết là :6
Ta có R
x
=2,4*0,643 =1,543
GVHD : Nguyễn Tiến Hưng lớp: Ch1D11 [page]
Sinh viên: Nguyễn Hải Ngọc email:
21
Trường ĐH CN Việt Trì Đồ án môn học
Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học
Phương trình nồng độ làm việc đoạn luyện :

33,061,0
1543,1
835,0
1543,1
543,1
11
+=

+
−
+×
+
+
=×
+
−
+×
+
+
= xxx
R
f
x
R
Rf
Y
wc
Với b=2,5
⇒
Số đĩa lý thuyết là :6
Ta có R
x
=2,5*0,643 =1,608
Phương trình nồng độ làm việc đoạn luyện :
GVHD : Nguyễn Tiến Hưng lớp: Ch1D11 [page]
Sinh viên: Nguyễn Hải Ngọc email:
22
Trng H CN Vit Trỡ ỏn mụn hc

04,033,2029,0
1608,1
1478,4
1608,1
608,1478,4
1
1
1
+=ì
+

+ì
+
+
=ì
+

+ì
+
+
= xxx
R
f
x
R
Rf
Y
wc
\
Tơng ứng với các giá trị = 1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 1,9; 2,0; 2,1; 2,2; 2,4;

= 1,415 tương ứng với số đĩa lý thuyết N
lt
= 6
2.2 Phương trình đường nồng độ làm việc
* Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện:
Giả thiết hơi bay ra ở đỉnh tháp là thành phần cấu tử dễ bay hơi bằng thành
phần sản phẩm đỉnh, khi đó đường nồng độ làm việc của đoạn luyện có dạng

11 +
+
+
=
x
P
x
x
R
x
x
R
R
y
(đi qua x = x
P
= y
P
) (II-144)

11
+

⇒
y = 0,586x + 0,346
với R
x
= 1,415
* Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng:
Giả thiết hơi ra ở đáy tháp có thành phần cấu tử dễ bay hơi bằng thành phần
sản phẩm đáy, khi đó đường nồng độ làm việc của đoạn chưng có dạng

w
xx
x
x
R
f
x
R
fR
y
1
1
1 +
−
+
+
+
=
(II-158)
Với
478,4

−=⇒
xy
I.TÝNH §¦êNG KÝNH TH¸P
§êng kÝnh th¸p ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thức:
D =
tb
tb
V
ωπ
.3600.
.4
(m)
( )
tb
yy
tb
g
D
ωρ
.
0188,0=
, m [II - 181]
Trong ®ã:
g
tb
: lîng h¬i trung b×nh ®i trong th¸p, kg/h.
(ρ
y
.ϖ
y