Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ
Đại học Quốc gia TpHCM
Trường Đại học Bách Khoa
Khoa Công nghệ Hóa học & Dầu khí
BỘ MÔN MÁY & THIẾT BỊ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC:

THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT LOẠI MÂM CHÓP ĐỂ
CHƯNG CẤT HỖN HỢP AXIT AXETIC - NƯỚC
CBHD: Thầy HỒNG MINH NAM
Sinh viên: MAI THỊ NGỌC HẠ
MSSV: 60500799
Lớp: HCO5KSTN
Ngành : HÓA HỮU CƠ
Năm học : 2008 - 2009
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
I . LÝù THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT
1 . Phương pháp chưng cất
2 . Thiết bị chưng cất:
1
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ
II . GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU
1 . Acid axetic
2 . Nước
3 . Hỗn hợp Acid axetic – Nước
CHƯƠNG 2 : QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

TÀI LIỆU THAM KHẢO
2
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
I. LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT :
1. Khái niệm:
3
LỜI MỞ ĐẦU
Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển và cùng với nó là nhu cầu
ngày càng cao về độ tinh khiết của các sản phẩm. Vì thế, các phương pháp
nâng cao độ tinh khiết luôn luôn được cải tiến và đổi mới để ngày càng hồn
thiện hơn, như là: cô đặc, hấp thụ, chưng cất, trích ly,… Tùy theo đặc tính yêu
cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp phù hợp. Đối với hệ
Axit axetic – Nước là 2 cấu tử tan lẫn hồn tồn, ta phải dùng phương pháp
chưng cất để nâng cao độ tinh khiết.
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 Công nghệ Hóa học tương lai. Môn
học giúp sinh viên giải quyết nhiệm vụ tính tốn cụ thể về: quy trình công
nghêä, kết cấu, giá thành của một thiết bị trong sản xuất hóa 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.
Nhiệm vụ của Đồ án này là thiết kế hệ thống chưng cất Nước – Axit
axetic có năng suất là 0,5m
3
/h, nồng độ nhập liệu là 8%(kg axit/kg hỗn hợp),
nồng độ sản phẩm đỉnh là 95,5%(kg nước/kg hỗn hợp), nồng độ sản phẩm đáy
là 30%(kg axit/kg hỗn hợp), tháp làm việc ở áp suất thường.
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam

- Cấp nhiệt trực tiếp
- Cấp nhiệt gián tiếp
Vậy: đối với hệ Nước – Axit axetic, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt gián
tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường.
Thiết bị chưng cất:
Trong sản xuất 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 bề mặt 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 được cho tiếp xúc với nhau. Tùy theo cấu tạo của đĩa, ta
có:
Tháp mâm chóp : trên mâm bố trí có chóp dạng tròn, xupap, chữ s…, có rãnh xung quanh để pha
khí đi qua và ống chảy chuyền có hình tròn.
- 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:
4
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ
Vậy ta sử dụng tháp mâm chóp để chưng cất hỗn hợp AXIT AXETIC – NƯỚC
II. GIỚI THIỆU SƠ BỘ VỀ TÍNH CHẤT NGUYÊN LIỆU :
1. Axit axetic:
1.1. Tính chất:
Axit axetic nóng chảy ở 16,6
o
C, điểm sôi 118

5
OH + O
2
= CH
3
COOH + H
2
O
2) Oxy hóa andehit axetic được tạo thành bằng cách tổng hợp từ acetylen.
Sự oxy hóa andehit được tiến hành bằng khí trời với sự hiện diện của coban axetat. Người ta
thao tác trong andehit axetic ở nhiệt độ gần 80
o
C để ngăn chặn sự hình thành peroxit. Hiệu suất đạt
95 – 98% so với lý thuyết. Người ta đạt được như thế rất dễ dàng sau khi chế axit axetic kết tinh
được.
CH
3
CHO + ½ O
2

 →
C80ôûaxetatCoban
o
CH
3
COOH
Tháp chêm Tháp mâm xuyên lỗ Tháp mâm chóp
Ưu
điểm
- Cấu tạo khá đơn giản.

Nhiệt độ từ 200 – 500
o
C, áp suất 100 – 200atm:
CH
3
OH + CO → CH
3
COOH
với sự hiện diện của metaphotphit hoặc photpho – vonframat kim loại 2 và 3 hóa trị (chẳng hạn
sắt, coban).
1.3. Ứng dụng:
Axit axetic là một axit quan trọng nhất trong các loại axit hữu cơ. Axit axetic tìm được rất
nhiều ứng dụng vì nó là loại axit hữu cơ rẻ tiền nhất. Nó được dùng để chế tạo rất nhiều hợp chất
và ester. Nguồn tiêu thụ chủ yếu của axit axetic là:
 Làm dấm ăn (dấm ăn chứa 4,5% axit axetic).
 Làm đông đặc nhựa mủ cao su.
 Làm chất dẻo tơ sợi xenluloza axetat – làm phim ảnh không nhạy lửa.
 Làm chất nhựa kết dính polyvinyl axetat.
 Làm các phẩm màu, dược phẩm, nước hoa tổng hợp.
 Axetat nhôm dùng làm chất cắn màu (mordant trong nghề nhuộm)
 Phần lớn các ester axetat đều là các dung môi, thí dụ: izoamyl axetat hòa tan được nhiều
loại nhựa xenluloza.
2. Nước:
Trong điều kiện bình thường: nước là chất lỏng không màu, không mùi, không vị nhưng khối
nước dày sẽ có màu xanh nhạt.
Khi hóa rắn nó có thể tồn tại ở dạng 5 dạng tinh thể khác nhau.
Tính chất vật lý:
 Khối lượng phân tử : 18 g / mol
 Khối lượng riêng d
4

Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ
CHƯƠNG 2 : QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Chú thích các kí hiệu trong qui trình:
1. Bồn chứa nguyên liệu.
2. Bơm.
3. Bồn cao vị.
4. Lưu lượng kế.
5. Thiết bị đun sôi dòng nhập liệu.
6. Bẩy hơi.
7. Nhiệt kế.
8. Áp kế.
9. Tháp chưng cất.
10. Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh.
11. Bồn chứa sản phẩm đỉnh.
12. Thiết bị đun sôi đáy tháp.
13. Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy.
14. Bồn chứa sản phẩm đáy.
Hỗn hợp Nước – Axit axetic có nồng độ nước 92% (theo phần khối lượng), nhiệt độ khoảng
27
0
C tại bình chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3). Sau đó, hỗn hợp được
gia nhiệt đến nhiệt độ sôi trong thiết bị đun sôi dòng nhập liệu (5), rồi được đưa vào tháp chưng
cất (9) ở đĩa nhập liệu.
Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn luyện của tháp chảy xuống.
Trong tháp, hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng 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 dưới càng giảm nồng độ
các cấu tử dễ bay hơi vì đã bị pha hơi tạo nên từ nồi đun (12) lôi cuốn cấu tử 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 axit
axetic sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp có cấu tử nước chiếm nhiều

Tháp chưng cất
Thiết bò ngưng tụ sản phẩm đỉnh
Nhiệt kế
Lưu lượng kế
Bẫy hơi
Thiết bò đun sôi dòng nhập liệu
B
?
n ch
?
a s
?
n ph
?
m
d?
nh
Bồn cao vò
Bơm
Bồn chứa nguyên liệu
1/2
Chức năng
SVTH
GVHD
CNBM
Chữ kýHọ tên
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Tỉ lệ
Bản vẽ số
Ngày HT

27/12/08
7
x = 92%
t
°

= 27
°
C
Hơi đốt
P = 2,5at
Nước
ngưng
Sản phẩm đỉnh
Dòng
hồi
lưu
P
Hơi đốt
P = 2,5at
Nước
ngưng
Nước lạnh
Nước nóng
Khí
không
ngưng
5
10
3

°
C
Sản
phẩm
đáy
13
14
Thiết bò làm nguội sản phẩm đáy
B
?
n ch
?
a s
?
n ph
?
m
d
áy
13
14
1
1
1
10
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ
CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT
I. CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU :
Chọn loại tháp là tháp mâm xuyên lỗ.

C
 Trạng thái nhập liệu là trạng thái lỏng sôi.
với thiết bị đun sôi đáy tháp :
 Aùp suất hơi đốt : P
h
= 2.5at
Đối với thiết bị làm nguội sản phẩm đáy :
 Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi làm nguội: t
WR
= 40
o
C
 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi vào: t
V
= 27
o
C
 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi ra: t
R
= 35
o
C
Đối với thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh :
 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi vào: t
V
= 27
o
C
 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi ra: t
R

C: ρ
A
= 1040,65 (kg/m
3
)
Áp dụng trong công thức (1.2), trang 5, [5]:
1 0,92 0.08
996,4 1040,65
FN
FA
hh N A
x
x
ρ ρ ρ
= + = +

⇒ ρ
hh
= 1000 (kg/m
3
)
Năng suất nhập liệu : G
F
= 0,5 (m
3
/h)
×
1000 (kg/m
3
) = 500 (kg/h)

500 372,88( / )
99,5 70
F W
D F
D W
x x
G G kg h
x x
−
−
⇔ = = =
− −

⇔
G
W
= G
F
– G
D
= 500 – 372,88 = 127,12 (kg/h)
11
x
F
y
F
∗
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ
III. XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HỒN LƯU LÀM VIỆC :

8861.0
60
70,01
18
70,0
18
70,0
1
=
−
+
=
−
+
=
A
W
N
W
N
W
W
M
x
M
x
M
x
x
(mol nước/ mol hỗn hợp)

2. Suất lượng mol tương đối của dòng nhập liệu:
27,1
8861,09746,0
8861,09985,0
=
−
−
=
−
−
=
WF
WD
xx
xx
f
3. Tỉ số hồn lưu làm việc:
Hình 1: Đồ thị cân bằng pha của hệ Nước – Axit axetic
Dựa vào hình 1 ⇒ y
F
*
= 0,9819
Tỉ số hồn lưu tối thiểu:
9746,09819,0
9819,09985,0
*
*
min
−
−

D
). M
A

= 0,9985. 18 + (1 – 0,9985). 60 = 18,063 (kg/ kmol)
Suất lượng khối lượng của dòng hơi tại đỉnh tháp:
G
HD
= (R +1)G
D
= (3,2562 + 1). 372,88 = 1587,05 (kg/h)
Suất lượng mol của dòng hơi tại đỉnh tháp:
n
HD
=
862,87
063,18
05,1587
==
HD
HD
M
G
(kmol/h)
Suất lượng khối lượng của dòng hồn lưu:
G
L
= RG
D
= 3,2562 . 372,88 = 1214.17(kg/h)

F
F
M
G
F
(kmol/h)
Và: n
LF
= L = 67.22(kmol/h)
n’
LF
= L + F = 67.22 + 26,223 = 93.443 (kmol/h)
n
HF
= n
HD
= 87.862(kmol/h)
3. Tại đáy tháp:
13
Ln
HD
n
LF
n’
LF
n
HF
n
HF
F

G
W
(kmol/h)
Và: n
LW
= n’
LF
= 67.22 (kmol/h)
n
HW
= n
HF
= n
HD
= 87.862 (kmol/h)
CHƯƠNG 4: CÂN BẰNG NHIỆT
I. CÂN BẰNG NHIỆT CHO TỒN THÁP :
Chọn hơi đốt là hơi nước ở 2,5at
Tra bảng 1.251, trang 314, [5]:
 Nhiệt hóa hơi:
OH
2
r
= r
n
= 2189500 (J/kg)
 Nhiệt độ sôi:
OH
2
t

DS
+ G
W
h
WS
+ Q
m
Giả sử Q
m
= 0,05Q
đ
⇒ 0,95Q
đ
= (R+1) G
D
r
D
+ G
D
(h
DS
– h
FS
) + G
W
(h
WS
– h
FS
)

= [
ADND
c)x1(cx
−+
]t
DS
• r
D
=
ADND
r)x1(rx
−+

Với x
F
= 0,9746 ⇒ t
FS
= 100,1524
o
C
14
W
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ
x
W
= 0,8861⇒ t
WS
= 100,7272
o

• h
FS
= ( 0,92 . 4,220198 + 0,08 . 2,4308 ) . 100,1524 = 408,326 (kJ/kg)
• h
WS
= ( 0,70. 4,220945 + 0,30 . 2,433818 ) . 100,7272 = 371,161 (kJ/kg)
• h
DS
= ( 0,995 . 4,220012 + 0,005 . 2,430047 ) . 100,009 = 421,144 (kJ/kg)
1.3. Nhiệt hóa hơi :
Tra bảng 1.250, trang 312, [5]
Nhiệt hóa hơi của nước ở 100,009
o
C = r
N
= 2259,978 (kJ/kg)
Dùng tốn đồ 1.65, trang 255, [5]
Nhiệt hóa hơi của axit axetic ở 100,009
o
C = r
A
= 100 (Kcal/kg) = 418,6 (kJ/kg)
Tra bảng 1.251, trang 314, [5]
Nhiệt hóa hơi của nước ở 2,5 at =
OH
2
r
= 2189,5 (kJ/kg)
Nên: r
D

= 1717,357(kg/h)
II. THIẾT BỊ LÀM NGUỘI SẢN PHẨM ĐÁY
 Chọn: Nước làm lạnh đi trong ống với nhiệt độ vào t
V
= 27
o
C và nhiệt độ ra t
R
= 35
o
C.
 Sản phẩm đáy đi ngồi ống với nhiệt độ vào t
WS
= 100,7272
o
C,
nhiệt độ ra t
WR
= 40
o
C.
Cân bằng nhiệt: Q = G
W
(h
WS
– h
WR
) = G
n
(h

Suất lượng nước lạnh cần dùng:
VR
n
hh
Q
G
−
=
= 868,364 (kg/h)
III. THIẾT BỊ NGƯNG TỤ SẢN PHẨM ĐỈNH
Chọn:
 Nước làm lạnh đi trong ống với nhiệt độ vào t
V
= 27
o
C và nhiệt độ ra t
R
= 60 ÷ 70
o
C.
 Dòng hơi tại đỉnh đi ngồi ống với nhiệt độ ngưng tụ t
ngưng
= 100,009 (
o
C)
Cân bằng nhiệt: Q
nt
= (R + 1)G
D
r

hh
Q
G
−
=
= 25834 (kg/h)
IV. THIẾT BỊ ĐUN SÔI DÒNG NHẬP LIỆU
 Chọn: Dòng nhập liệu đi trong ống trong với nhiệt độ vào t
V
= t
FV
= 27
o
C và nhiệt độ ra t
R
= t
FS
= 100,1524
o
C.
 Hơi ngưng tụ đi trong ống ngồi có áp suất 2,5at:
 Nhiệt hóa hơi:
OH
2
r
= r
n
= 2189500 (J/kg)
 Nhiệt độ sôi:
OH

(h
FS
– h
FV
) = G
n
r
n
Nên: Q = G
F
(h
FS
– h
FV
) = 500.(408,326 – 108,17) = 150078 (kJ/h)
Lượng hơi đốt cần dùng:
n
n
r
Q
G
=
= 68,544(kg/h)
Chương 5 : TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH
(Tháp chóp)
PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC :
Phần cất :
12562,3
9985,0
12562,3

−
+
+
+
=
+
−
+
+
+
=
xx
R
f
x
R
fR
y
W
= 1.0634x – 0.05621
I. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP:
tbyy
tb
g
)ω.(
0188,0
ω.3600.π
4V
D
tb

d
: lượng hơi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (Kg/h).
g
1
: lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn cất (Kg/h).
• Xác định g
d
: g
d
= D.(R+1) =20,64.(3,2562+1) =87,85 (Kmol/h)
= 1587,05(Kg/h)
Vì M
thD
= 18,063 (Kg/Kmol).
• Xác định g
1
: Từ hệ phương trình :
16
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ





=
+=
+=
dd
D

Aån nhiệt hố hơi của axit : r
a1
= 23384,14(KJ/kmol)
Suy ra : r
1
= r
n1
.y
1
+ (1-y
1
).r
a1
= 23384,14 + 17312,13y
1
(KJ/kmol)
* Tính r
d
: t
D
= 100.009
o
C , Tra bảng 1.251, trang 314 và 256,[5] ta có:
Aån nhiệt hố hơi của nước : r
Nd
= 40703,94(KJ/kmol) .
Aån nhiệt hố hơi của axit : r
ad
=23383,06(KJ/kmol) .
Suy ra : r

792,186505,1587
=
+
(Kg/h)
b . Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :
Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp với mâm chóp có ống chảy chuyền :
Khối lượng riêng trung bình của
pha lỏng trong phần luyện:
Nồng độ phần mol trung bình của
pha lỏng trong phần luyện:
2
9746,09985,0
2
+
=
+
=
FD
L
xx
x
= 0,9865 (mol nước/ mol hỗn hợp)
Dựa vào hình 2
⇒ Nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần luyện: T
LL
= 100,08 (
o
C)
Nồng độ phần khối lượng trung bình của pha lỏng trong luyện:
=

AL
L
NL
L
LL
xx
ρρρ
⇒ ρ
LL
= 958,32 (kg/m
3
)
1.1. Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần luyện :
17
HL
LL
gh
ρ
ρ
ω
.032.0
=
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ
Nồng độ trung bình của pha hơi trong phần luyện:
y
L
= 0,765x
L
+ 0,2346 = 0,765 . 0,9865 + 0,2346 = 0,98927

RT
PM
ρ
= 0,6027 (kg/m
3
)
Suy ra :
6027.0
32,958
.05,0
=
gh
ω
=1.994(m/s)
Để tránh tạo bọt ta chọn tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :
994,1.8,0.8,0
==
ghy
ωω
= 1,595(m/s)
Vậy :đường kính đoạn cất :
D
cất
=
595,1.6027.0
421,1726
.0188,0
= 0,8 (m).
2. ĐƯỜNG KÍNH ĐOẠN CHƯNG :
a . Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng :



==
+=
+=
1111
1
'
1
1
'
1
'
1
'
.'.''.'
..'.
rgrgrg
xWygxG
WgG
nn
WW
(III.2)
Với : G
’
1
: lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn chưng .
r’
1
: ẩn nhiệt hố hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng.

n1
.y
W
+ (1-y
W
).r’
a1
= 39235,61 (KJ/kmol)
* Tính r
1
: r
1
= 23384,14 + 17312,13y
1
= 40351,76 (KJ/kmol)
* W = 5,58 (Kmol/h)
Giải hệ (III.2) , ta được : x’
1
=0,9199(phân mol ) _ M
tbG’
=21,363(kg/kmol)
G
’
1
= 96,676(Kmol/h)
g’
1
= 91,096(Kmol/h) = 1946,086 (Kg/h)
18
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam

= 0,67906 (kg/m
3
)
Suy ra :
67906,0
96,957
.05,0'
=
gh
ω
=1,878 (m/s)
Để tránh tạo bọt ta chọn tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :
878,1.8,0'.8,0'
==
ghy
ωω
= 1,5024(m/s)
Vậy :đường kính đoạn chưng :
D
chưng
=
67906,0.5024,1
939,1905
.0188,0
= 0,81(m)
Kết luận :đường kính của tồn tháp φ = 0,8 (m)
Khi đó tốc độ làm việc thực ở :
+ Phần cất : ω
lv
=

tb
D
g
ρ
(m/s).
II. TÍNH TỐN CHIỀU CAO THIẾT BỊ
1. XÁC ĐỊNH SỐ MÂM LÝ THUYẾT:
Vẽ đồ thị xác định số mâm lý thuyết(gồm đường cân bằng và đường làm việc đoạn luyện
đoạn chưng)
Từ đồ thị :
19
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ
20
Phần chưng
Số mâm lý thuyết : 7
Đường chưng
y = 1,0643x – 0,05621
Phần luyện
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ
* Tổng số mâm lý thuyết là N
lt
= 26 (mâm) 19 mâm luyện
7 mâm chưng
2. XÁC ĐỊNH SỐ MÂM THỰC TẾ:
Số mâm thực tế tính theo hiệu suất trung bình :
tb
lt
tt

y
*
: phân mol của nước trong pha hơi cân bằng với pha lỏng.
lgµ
hh
= x
1
lgµ
1
+ x
2
lgµ
2
(công thức (I.12), trang 84, [5])
* Tại vị trí nhập liệu :
x
F
= 0,9746 ta tra đồ thị cân bằng của hệ : y
*
F
= 0,9819
21
Phần luyện (phóng to)
Số mâm lý thuyết :19
Đường luyện
y = 0,765x + 0,2346
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ
t
F

+ t
F
= 100,1524
o
C ,µ
NL
= 0,283584(cP)
µ
AL
= 0,45 (cP)
Suy ra : µ
F
= 0,28693 (cP)
α
F
.µ
F
= 1,1438.0,28693 = 0,32819
Tra hình 6.4, trang 257, [4] : η
F
= 0,63
* Tại vị trí mâm đáy :
x
W
= 0.8861tra đồ thị cân bằng của hệ : y
*
W
= 0.922
t
W

+ và t
W
=100,7272
o
C, µ
NL
= 0,282576 (cP)
µ
AL
= 0,44(cP)
µ
W
=0,3263(cP)
Suy ra : α
W.
µ
W
= 1,5194. 0,3263 = 0,496
Tra hình 6.4, trang 257, [4] : η
W
= 0.59
*Tại vị trí mâm đỉnh :
x
D
= 0.9985 ta tra đồ thị cân bằng của hệ : y
*
D
= 0.999
t
D

D
= 100.009 , µ
NL
= 0,283746(cP)
µ
AL
= 0,44(cP)
Suy ra : α
D.
µ
D
= 1.5008. 0,44 = 0,66
Tra hình 6.4, trang 257, [4] : η
D
= 0,55
Suy ra: hiệu suất trung bình của tháp :
η
tb
=
59.0
3
55.059.063.0
3
=
++
=
++
DWF
ηηη
Số mâm thực tế của tháp N

Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ
h
min
= 23300*
2
,
*
*
* *
y y
x ch t
F
n d
ρ ω
ρ π
 
 
 
 
ρ
y
, ρ
x
: khối lượng riêng trung bình của pha hơi, pha lỏng
ρ
y
= (ρ
'
y

ρ ω ρ ϖ
ρ ρ
 
 
+
 
 
 
 
 
 
= 1,557 (m/s)
h
min
= 0.16 (m) < 0.3 (m)
Vậy khoảng cách giữa hai mâm là 0.3 m là hợp lý.
III. TÍNH TỐN CHÓP – ỐNG CHẢY CHUYỀN
1.Tính tốn chóp
 Chọn đường kính ống hơi d
h
= 50( mm ) = 0.05 ( m )
 Số chóp phân bố trên đĩa :
n = 0.1 *
2
2
h
d
D
= 0.1 *
2

)2*250(50
++
= 73,59 ( mm )
Chọn d
ch
= 74 (mm)
 Khoảng cách từ mặt đĩa đến chân chóp :
S = 0 ÷25 ( mm ), chọn S = 12,5 ( mm )
 Lưu lượng hơi trung bình đi trong tháp :
Q
H
= V
y
=( g
tb
+ g’
tb
)/( ρ
HC
+ ρ
HL
)
= (1726,421 + 1905,939)/(0,6027 + 0,67906) = 2833,88 (m
3
/h)
 Chiều cao khe chóp :
b = (ξ.ω
2
y
.ρ

⇒ i = 3.1416/3.( 74 -
20.4
50
2
) = 44.8 ( khe )
Chọn i = 45 ( khe )
 Chiều rộng khe chóp được xác định từ liên hệ :
23
Đồ án môn học QT & TB GVHD : Hồng Minh Nam
Tháp chưng cất mâm chóp Axit axetic – Nước SVTH : Mai Thị Ngọc Hạ
i(c+a) = πd
ch
a =
i
d
ch
.
π
- c =
8,44
59,73.
π
- 3 = 2 (mm)
 Độ mở lỗ chóp h
s
:
h
s
= 7.55*
1/ 3

S
s
= n * S
khe
= 29*0.0018 = 0.0522 (m
2
)
Vậy h
s
= 29 (mm)
29
1,45
20
s
so
h
h
= =
:khá hợp lý
 Chiều cao mực chất lỏng trên khe chóp :
h
1
= 15 ÷40 ( mm ), chọn h
1
= 30 ( mm )
 Chiều cao ống dẫn hơi :
Chọn h
ong hơi
= 70(mm)
 Chiều cao chóp :

2. Tính cho ống chảy chuyền
 Lượng lỏng trung bình đi trong tháp :
G
L
= (G
’
1
.M
tbG’
+ G
1
.M
tbG
)/2 = ( 96,676.21,363 + 67,934.21,0643)/2 = 1748,13 (kg/h)
 Khối lượng riêng trung bình của lỏng đi trong tháp :
Ltb
=(
ρ
ll
+
ρ
LC
)/2 = (958,32 + 957,96)/2 = 958,14 (kg/m
3
)
z : số ống chảy chuyền , chọn z = 1
ω
c
: tốc độ chất lỏng trong ống chảy chuyền , ω
c

 Khoảng cách từ tâm ống chảy chuyền đến tâm chóp gần nhất :
t
1
= d
c
/2 + δ
c
+ d
ch
+δ
ch
+ l
1
l
1
: khoảng cách nhỏ nhất giữa chóp và ống chảy chuyền
Chọn l
1
= 75 ( mm )
δ
c
: bề dày ống chảy chuyền, chọn δ
c
= 2 ( mm )
t
1
= 0,071/2 + 0,002 + 0,074 + 0,002 + 0,075
= 0,1885(m)
• Lưu lượng thể tích trung bình đi trong tháp:
Q

 Chiều cao lớp chất lỏng trên mâm :
h
m
= h
1
+ ( S + h
sr
+ b )
= 30 + 12.5 + 5 + 20
= 67.5 (mm)
h
sr
: khoảng cách từ mép dưới của chóp đến mép dưới của khe chóp
chọn h
sr
= 5 mm
 Tiết diện ống hơi :
S
rj
= S
1
= π*
2
,h t
d
/4 = 3.1416*0.05
2

/4 = 0.001963 (m
2

= π .d
hơi
.h
2
= 3.1416 * 0,05*0,0125
= 0.001963 m
2

 Lỗ tháo lỏng :
Tiết diện cắt ngang của tháp F = 0.5026 m
2
Cứ 1 m
2
chọn 4 cm
2
lỗ tháo lỏng . Do đó tổng diện tích lỗ tháo lỏng trên một mâm là:
0.5026 *4 /1 = 2.0104 cm
2

Chọn đường kính lỗ tháo lỏng là 5mm = 0.5cm
Nên số lỗ tháo lỏng cần thiết trên một mâm là :
2
2.0104
*
4
d
π
≅
8 lỗ
IV. TÍNH TỔNG TỔN THẤT QUA TỒN THÁP