Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CHƯNG CẤT
HOẠT ĐỘNG LIÊN TỤC ĐỂ CHƯNG CẤT HỖN HỢP
METANOL – NƯỚC
Giảng viên hướng dẫn : Ths. Phạm Văn Hưng
Sinh viên thực hiện : Đỗ Quang Khả
Mssv : 11371791
Lớp : DHH07BLT
Khoá : 2011-2013
SVTH: Đỗ Quang Khả
1
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2013
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CHƯNG CẤT
HOẠT ĐỘNG LIÊN TỤC ĐỂ CHƯNG CẤT HỖN HỢP
METANOL – NƯỚC
GVHD : Ths. Phạm Văn Hưng
SVTH : Đỗ Quang Khả
Mssv : 11371791
SVTH: Đỗ Quang Khả
2
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
Lớp : DHHO7BLT
Khoá : 2011-2013
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2013

Trần Hoài Đức Phạn Văn Hưng
SVTH: Đỗ Quang Khả
4
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
LỜI MỞ ĐẦU
Công nghệ hóa học là một trong những ngành đóng góp rất lớn trong sự phát triển
của nền công nghiệp nước ta. Trong ngành sản xuất hóa chất cũng như sử dụng sản
phẩm hóa học, nhu cầu sử dụng nguyên liệu có độ tinh khiết cao phải phù hợp với
qui trình sản xuất hoặc nhu cầu sử dụng.
Ngày nay, các phương pháp được sử dụng để nâng cao độ tinh khiết là: chưng cất,
trích ly, cô đặc, hấp thu … Tùy theo đặc tính sản phẩm mà ta lựa chọn phương pháp
thích hợp. Hệ Methanol – nước là 2 cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta dùng phương pháp
chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho Methanol.
Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị là một môn học mang tính tổng hợp trong quá
trình học tập của các kỹ sư hoá 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 bị 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 kỹ thuật thực tế
một cách tổng hợp.
Em chân thành cảm ơn Thầy Phạm Văn Hưng và các Quí Thầy Cô bộ môn Máy &
Thiết Bị đã giúp em hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên, trong quá trình hoàn thành đồ
án vẫn không tránh khỏi có sai sót, em rất mong quí thầy cô góp ý, chỉ dẫn.
Em xin cám ơn Quý Thầy Cô!
SVTH: Đỗ Quang Khả
5
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Phần đánh giá:
• Ý thức thực hiện:
• Nội dung thực hiện:
• Hình thức trình bày:
• Tổng hợp kết quả:
Điểm bằng số: Điểm bằng chữ:
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013
Giáo viên phản biện
SVTH: Đỗ Quang Khả
7
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
1.1. Lý thuyết về chưng luyện
Chưng là phương pháp dùng để tách các hỗn hợp chất lỏng cũng như các hỗn hợp
khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử
trong hỗn hợp, nghĩa là khi ở cùng một nhiệt độ thì áp suất hơi của các cấu tử khác
nhau.
Khi chưng ta thu được nhiều sản phẩm và thường bao nhiêu cấu tử sẻ có bấy nhiêu
sản phẩm. Đối với trường hợp hỗn hợp chưng chỉ gồm hai cấu tử thì sản phẩm đỉnh
gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi bé còn sản
phẩm đáy gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi lớn.
Trong sản xuất có rất nhiều phương pháp chưng như chưng đơn giản, chưng bằng
hơi nước trực tiếp, chưng chân không và chưng luyện. Tùy thuộc vào điều kiện sẵn
có, tính chất hỗn hợp, yêu cầu về độ tinh khiết sản phẩm mà ta chọn phương pháp
chưng cho thích hợp.
- Chưng đơn giản dùng để tách các hỗn hợp gồm các cấu tử có độ bay hơi rất
khác nhau. Phương pháp này thường dùng để tách sơ bộ và làm sạch cấu tử
khỏi tạp chất.

hợp chưng là rượu mêtylic và nước. Khi chưng luyện liên tục, hỗn hợp đầu được
đưa vào tháp ở đĩa tiếp liệu (nằm ở phần giữa thân tháp) một cách liên tục, sản
phẩm đỉnh và sản phẩm đáy cũng được lấy ra liên tục.
SVTH: Đỗ Quang Khả
9
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
1.2. Ưu, khuyết điểm của phương pháp chưng đĩa chóp:
Ưu điểm: Tách được sản phẩm có độ tinh khiết cao, dễ khống chế quá trình, bề mặt
tiếp xúc pha tương đối lớn, trở lực không cao.
Khuyết điểm: Tiếp xúc pha không liên tục, cấu tạo phức tạp.
SVTH: Đỗ Quang Khả
10
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
1.2.1. Tính chất lý hóa của rượu mêtylic
1.2.1.1. Tính chất lý học:
Rượu mêtylic là chất lỏng không màu, tan vô hạn trong nước có mùi vị đặc trưng,
rất độc, chỉ một lượng nhỏ xâm nhập vào cơ thể cũng có thể gây mù lòa, lượng lớn
gây tử vong.
-Nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển t
0
s
= 64,5
0
C
- Khối lượng riêng ở 20
0
C ρ = 791,7 Kg/m
3
-Độ nhớt ở 20
0

nên trong cả hai liên kết đó cặp electron góp chung đều lệch về phía O làm cho
nguyên tử H trở nên linh động hơn. Rượu mêtylic có khả năng tham gia các phản
ứng sau:
- Làm phá vỡ liên kết C-OH với sự tách đi của nhóm -OH
- Làm phá vỡ liên kết -O-H với sự tách đi của -H.
SVTH: Đỗ Quang Khả
11
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
- Bị oxy hóa thành fomanđêhit:
CH
3
OH + CuO  HCHO + Cu
Rượu mêtylic được ứng dụng để sản xuất anđêhytfomic làm nguyên liệu cho công
nghệ chất dẻo.
1.2.1.3. Tính chất lý hóa của nước
- Nước là chất lỏng không màu, không mùi, không vị.
- Nhiệt độ sôi ở 760mmHg là 100
o
C.
- Hóa lỏng ở 0
0
C.
- Khối lượng riêng ρ = 997,08 kg/m
3
ở 25
0
C.
- Độ nhớt µ = 0,8937.10
3
N.s/m

13
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
7. tháp chưng cất 14. Bẫy hơi
Hỗn hợp methanol – nước từ bồn chứa số 1 được bơm theo bơm số 2, lên
bồn cao vị 3, đến lưu lượng kế 5, điều chỉnh van ,ổn định lưu lượng trước khi vào
thiết bị gia nhiệt số 6, tại đây hỗn hợp metanol - nước đi bên trong ống, hơi đốt đi
bên ngoài ống ( đây là thiết bị gia nhiệt dạng ống chùm ), hỗn hợp ra khỏi thiết bị ở
trạng thái lỏng sôi trước khi đi vào tháp ở mâm nhập liệu số 8. Tại đây chất lỏng đi
từ trên xuống, hơi đốt đi từ dưới lên, quá trình chuyển khối xảy ra khi 2 pha tiếp xúc
nhau, hơi đốt đi từ dưới lên sẽ kéo theo methanol dễ bay hơi, nước có nhiệt độ sôi
cao hơn nên sẽ đi xuống các mâm bên dưới. Tháp chưng cất được gia nhiệt bằng nồi
nung kettle ( đây là thiết bị gia nhiệt dạng ống chùm) , một phần methanol còn sót
lại ở đáy 3,2 % sẽ dẫn ra nồi nung kettle. Tại đây, methanol tiếp tục được gia nhiệt
bốc hơi trở về tháp cung cấp nhiệt lượng cho tháp, còn nước ở đáy thì được dẫn về
bồn chứa sản phẩm đáy.
Ở phần đỉnh tháp, methanol ( 97% ) và 1 phần nước (3%) sẽ được dẫn vào
thiết bị ngưng tụ số 9. Tại đây, hỗn hợp metanol - nước đi bên ngoài ống, nước làm
nguội đi bên trong ống, nước còn dư sẽ được ngưng tụ, đến bộ phận phân chia dòng
10, trở về tháp tháo ở trạng thái lỏng sôi. Tiến hành đo lưu lượng hồi lưu về tháp ở
mâm cao nhất của phần luyện, hơi methanol được dẫn đến thiết bị làm lạnh 11, ta
thu được sản phẩm đỉnh ở bồn chứa sản phẩm đỉnh.
SVTH: Đỗ Quang Khả
14
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
Các ký hiệu sử dụng trong quá trình tính toán:
G
F
: lượng hỗn hợp đầu.
G

Tính F theo kmol/h:
Đổi nồng độ khối lượng ra nồng độ mol:
x
A
=
• x
F
= = 0,26 phần mol
• x
D
= = 0,95 phần mol
• x
W
= = 0,018 phần mol
2.1.1. 2. Lưu lượng hỗn hợp đầu và sản phẩm đáy:
Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp:
F = D + W (Công thức 3.52, trang 117, [3])
 92,64 = W + D (1)
Viết cho cấu tử dễ bay hơi:
F.x
F
= D.x
D
+ W.x
W
(Công thức 3.53, trang 117, [3])
 (2)
Từ (1) và (2) suy ra:

SVTH: Đỗ Quang Khả

*
F
= 0,64 phần mol là nồng độ cấu tử
dễ bay hơi trong pha hơi cân bằng với pha lỏng trong hỗn hợp đầu ứng giá trị x
F
=
0,26.
Hình 3: Đồ thị biểu diễn đường cong sôi
Theo đồ thị đường cong sôi ta xác định được nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu t
s
F
=79
o
C,
của sản phẩm đỉnh t
s
D
= 65
o
C, của sản phẩm đáy t
s
W
= 98
o
C.
a(%khối lượng) x(phần mol) y(phần mol) Kmol/h
Nhiệt độ sôi
a
F
= 38 x

Để xác định số đĩa lý thuyết của tháp bằng cách dựa vào phương trình đường nồng
độ làm việc của đoạn luyện và đoạn chưng.
Phương trình làm việc của đoạn luyện
y = .x + (Công thức IX.20, trang 118, [2])
Phương trình làm việc của đoạn chưng:
X = .y + .(Công thức IX.22, trang 158, [2])
Với: L = =
Chỉ số hồi lưu thích hợp: R
th
β: hệ số hiệu chỉnh; β = (1,2 ÷ 2,5)
R
min
: chỉ số hồi lưư tối thiểu
Mà: R
th
= 1.3.R
min
+0,3 (Công thức IX.25b, trang 159, [2])
= 1,3. 0,81 + 0,3 = 1,35
SVTH: Đỗ Quang Khả
19
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
Phương trình làm việc của đoạn luyện
y = 0,57x + 0,4
Phương trình làm việc của đoạn chưng:
x = 0,45y + 0,54
Tương ứng với R
th
= 1,35 thì số đĩa lý thuyết của tháp là 9 (đĩa), 3 đoạn chưng, 5
đoạn luyện, 1 mâm nhập liệu.

2
+ η
3
) (Công thức IX.60, trang 171, [2])
Với η
1
là hiệu suất ứng với đĩa trên cùng
η
2
là hiệu suất ứng với đĩa tiếp liệu
SVTH: Đỗ Quang Khả
20
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
η
3
là hiệu suất ứng với đĩa cuối cùng
- Ứng với đĩa tiếp liệu:
Độ bay hơi:
α
F
=
Độ nhớt: với t
S
F
= 79
o
C
lgµ
F
=

Tích µ
D
.α
D
= 0,4 . 2,577 = 0,9. Tra đồ thị hình IX.11, trang 171, [2], ta được hiệu
suất của đĩa trên cùng η
1
= 50%.
- Ứng với đĩa cuối cùng:
Độ bay hơi:
α
W
=
Độ nhớt: với t
S
W
= 98
o
C
lgµ
W
=
= 0,018.lg0,22 + (1 - 0,018).lg0,2868 = -0,542
SVTH: Đỗ Quang Khả
21
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
=> µ
W
= 0,287 (Cp)
Tích µ

SVTH: Đỗ Quang Khả
22
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
2.2. Tính đường kính thiết bị
Đường kính tháp: (công thức IX.89, trang 181, [2])
D = , m
Hoặc D = 0,0188. , m
Trong đó: V
tb
- lượng hơi trung bình đi trong tháp, m
3
/h
ω
tb
- tốc độ hơi trung bình đi trong tháp, m/s
g
tb
- lượng hơi trung bình đi trong tháp, kg/h
(ρ
y
.ω
y
)
tb
- tốc độ hơi trung bình đi trong tháp, kg/m
2
.s
2.2.1. Đường kính đoạn luyện:
2.2.1.1. Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện g
tb

= > g
đ
= 742,1.(1,35+1) = 1743,9 kg/h
Lượng hơi đi vào đĩa đầu tiên của đoạn luyện được xác định theo hệ phương trình
cho ở trang 182 Sổ tay QTTB tập 2:

SVTH: Đỗ Quang Khả
23
Đồ án chưng cất Metanol – Nước GVHD: Ths. Phạm Văn Hưng
Trong đó x
1
= a
F
= 0,38 (phần khối lượng)
x
d
= a
d
= 0,97 (phần khối lượng)
G
1
:lượng lỏng đĩa thứ nhất đoạn luyện
r
đ
: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi đỉnh tháp
r
1
: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất đoạn luyện
r
1

o
C nên ta phải tính r
a
, r
b
ở 79
o
C.
(Theo bảng I.212, trang 254, [1]) ta có:
Ơ 60
o
C r
a1
= 265 kcal/kg
r
b1
=579 kcal/kg
Ở 100
o
C r
a2
= 242 kcal/kg
r
b2
= 539 kcal/kg
= > kcal/kg
kcal/kg
= > kcal/kg.độ
kcal/kg.độ
Theo phương pháp nội suy ta tính r

1
).r
b
= 254,1.y
1
+ (1-y
1
).560
= 560 – 305,9.y
1

*Tính r
đ
: hơi đi ra khỏi đỉnh tháp ở nhiệt độ 65
o
C, tương tự như trên:
r
a
65
= r
a
60
+ kcal/kg
r
b
65
= r
b
60
+ kcal/kg