ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
Thành phố Hồ Chí Minh
Khoa: Công nghệ Hóa & Thực phẩm
Bộ môn: Quá trình và Thiết bò
ĐỒ ÁN
MÔN HỌC: ĐỒ ÁN MÔN HỌC QT&TB. MÃ SỐ: 605040
Họ và tên sinh viên: Vũ Tiến Dũng
Lớp: HC06MB
Ngành (nếu có): Máy & Thiết Bị
1. Đầu đề đồ án: Thiết kế tháp mâm chóp chưng cất hỗn hợp Benzen – Toluen
có năng suất 200 l/h tính theo sản phẩm đỉnh
2. Nhiệm vụ (nội dung yêu cầu và số liệu ban đầu):
- Nồng độ nhập liệu:
F
= 40%phần khối lượng
- Nồng độ sản phẩm đỉnh:
D
= 98% phần khối lượng
- Nồng độ sản phẩm đáy:
W
= 1% phần khối lượng
- Nguồn năng lượng và các thông số khác tự chọn
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
Xem ở phần mục lục
4. Các bản vẽ và đồ thò (loại và kích thước bản vẽ):
Gồm 2 bản vẽ A1: bản vẽ quy trình công nghệ và bản vẽ chi tiết thiết bò
5. Ngày giao đồ án: 6/10/2009
6. Ngày hoàn thành đồ án: 18/01/2010
7. Ngày bảo vệ hay chấm: 25/01/2010

Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị là một môn học mang tính tổng hợp
trong quá trình học tập của các kỹ sư Công nghệ Hoá học tương lai. Môn học
này giúp sinh viên có thể tính toán cụ thể : quy trình công nghệ, kết cấu, giá
thành của một thiết bị trong sản xuất hoá chất - thực phẩm. Đây là lần đầu tiên
sinh viên được vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết các vấn đề kỹ thuật
thực tế một cách tổng hợp.
Nhiệm vụ của đồ án là thiết kế tháp mâm chóp để chưng cất hỗn hợp
Benzen – Toluen ở áp suất thưởng với năng suất theo sản phẩm đỉnh(Benzene)
là 200 lít/h có nổng độ 98% phần khối lượng benzen, nồng độ sản phẩm đáy là
99% khối lượng Toluene,Nồng độ nhập liệu là 40% khối lượng Benzene, nhập
liệu ở trạng thái lỏng sôi.
Trang 3
ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn
MỤC LỤC
Lời mở đầu.......................................................................................3
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN ............................................................................................4
I. Lý thuyết về chưng cất..................................................................................................5
II. Giới thiệu sơ bộ về ngun liệu....................................................................................7
CHƯƠNG 2 : QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ.....................................................................9
CHƯƠNG 3 : CÂN BẰNG VẬT CHẤT....................................................................10
I. Các thông số ban đầu ..............................................................................................10
II. Xác đònh suất lượng sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy thu được............................10
III. Xác đònh tỉ số hoàn lưu làm việc.............................................................................11
IV. Xác đònh phương trình đường làm việc – Số mâm lý thuyết..................................13
V. Xác đònh số mâm thực tế.........................................................................................14
CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN THÁP CHƯNG CẤT...................................................16
I. Đường kính đoạn cất...................................................................................................16
II. Đường kính đoạn chưng.............................................................................................18
III. Trở lực của tháp..........................................................................................................20
CHƯƠNG 5 : CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG................................................................22

- Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của hỗn hợp lỏng cũng như 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 nhiệt độ, áp suất hơi bão hoà của các cấu tử khác nhau).
- Thay vì đưa vào trong hỗn hợp một pha mới để tạo nên sự tiếp xúc giữa hai pha như
trong quá trình hấp thu hoặc nhả khí, trong quá trình chưng cất pha mới được tạo nên bằng sự
bốc hơi hoặc ngưng tụ.
- Chưng cất và cô đặc khá giống nhau, tuy nhiên sự khác nhau căn bản nhất của 2 quá
trình này là trong quá trình chưng cất dung môi và chất tan đều bay hơi (nghĩa là các cấu tử đều
hiện diện trong cả hai pha nhưng với tỷ lệ khác nhau), còn trong quá trình cô đặc thì chỉ có
dung môi bay hơi còn chất tan không bay hơi.
- Khi chưng cất ta thu được nhiều cấu tử và thường thì bao nhiêu cấu tử sẽ thu được
bấy nhiêu sản phẩm. Nếu xét hệ đơn giản chỉ có 2 cấu tử thì ta sẽ thu được 2 sản phẩm :
 Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn (nhiệt độ sôi nhỏ)
 Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi nhỏ (nhiệt độ sôi lớn)
- Đối với hệ Benzen – Toluen
 Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm benzen và một ít toluen.
 Sản phẩm đáy chủ yếu là toluen và một ít benzen.
2. Phương pháp chưng cất :
Các phương pháp chưng cất được phân loại theo :
- Áp suất làm việc :
 Áp suất thấp
 Áp suất thường
 Áp suất cao
 Nguyên tắc làm việc : dựa vào nhiệt độ sôi của các cấu tử, nếu nhiệt độ sôi của
các cấu tử quá cao thì ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi của các cấu tử.
- Nguyên lí làm việc :
 Chưng một bậc
 Chưng lôi cuốn theo hơi nước
 Chưng cất
- Cấp nhiệt ở đáy tháp :

- Hiệu suất khá cao.
- Khá ổn định.
- Hiệu suất cao.
Nhược
điểm
- Do có hiệu ứng thành → hiệu suất
truyền khối thấp.
- Độ ổn định không cao, khó vận
hành.
- Do có hiệu ứng thành → khi tăng
năng suất thì hiệu ứng thành tăng
→ khó tăng năng suất.
- Thiết bị khá nặng nề.
- Không làm việc được
với chất lỏng bẩn.
- Kết cấu khá phức tạp.
- Có trở lực lớn.
- Tiêu tốn nhiều
vật tư, kết cấu
phức tạp.
Vậy :qua phân tích trên ta sử dụng tháp mâm chóp để chưng cất hệ Benzen – Toluen.
II. GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU :
1. Benzen & Toluen :
Benzen: là một hợp chất mạch vòng, ở dạng lỏng không màu và có mùi thơm nhẹ.Công thức
phận tử là C
6
H
6
. Benzen không phân cực,vì vậy tan tốt trong các dung môi hữu cơ không phân
cực và tan rất ít trong nước. Trước đây người ta thường sử dụng benzen làm dung môi. Tuy

Các phương thức điều chế :
o Đi từ nguồn thiên nhiên
Thông thường các hidrocacbon ít được điều chế trong phòng thí nghiệm, vì có thể thu
được lượng lớn nó bằng phương pháp chưng cất than đá, dầu mỏ….
o Đóng vòng và dehiro hóa ankane
Trang 7
ĐAMH Quá trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn
o Các ankane có thể tham gia đóng vòng và dehidro hóa tạo thành hidro cacbon thơm ở
nhiệt độ cao và có mặt xúc tác như Cr
2
O
3
, hay các lim loại chuyển tiếp như Pd, Pt
CH
3
(CH
2
)
4
CH
3
 →
3232
/ OAlOCr

C
6
H
6
o Dehidro hóa các cycloankane

H
6
o Từ benzen ta có thể điều chế được các dẫn xuất của benzen như toluen bằng phản ứng
Friedel-Crafts (phản ứng ankyl hóa benzen bằng các dẫn xuất ankyl halide với sự có
mặt cảu xúc tác AlCl
3
khan
C
6
H
6
+ CH
3
- Cl
 →
3
AlCl
C
6
H
5
-CH
3
2. Hỗn hợp benzen – toluen :
Ta có bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp Benzen – Toluen
ở 760 mmHg.(Tham khảo STT1)
Chương 2 :
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Trang 8
x (% phân mol) 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn
Chương 3 :
CÂN BẰNG VẬT CHẤT
I. CÁC THƠNG SỐ BAN ĐẦU :
Chọn loại tháp là tháp mâm chóp.
Khi chưng luyện hỗn hợp Benzen - Toluen thì cấu tử dễ bay hơi là Benzen.
Hỗn hợp:



=⇒
=⇒
molgMCHHCToluen
molgMHCBenzen
T
B
/92:
/78:
356
66
 Năng suất sản phẩm đỉnh : D = 200l/h
 Nồng độ nhập liệu : x
F
= 40% phân khối lượng
 Nồng độ sản phẩm đỉnh : x
D
= 98% phân khối lượng
 Nồng độ sản phẩm đáy: x
W
= 99% phân khối lượng

W
, W: suất lượng sản phẩm đáy tính theo kg/h, kmol/h.
 x
i
, x
i
: nồng độ phần mol, phần khối lượng của cấu tử i.
II. XÁC ĐỊNH SUẤT LƯNG DỊNG NHẬP LIỆU VÀ DỊNG SẢN PHẨM
ĐÁY :
M
F
=x
F
.M
B
+ (1-x
F
).M
T
= 0,4.78 + (1-0.4).92 = 86.4 kg/kmol
M
D
=x
D
.M
B
+ (1- x
D
).M
T

F
B
F
F
M
x
M
x
M
x
x
012,0
92
01,01
78
01,0
78
01,0
1
=
−
+
=
−
+
=
T
W
B
W

D
xx
ρρρ
−
+=
1
1

3
/809 mkg
D
=
ρ

hkgVD
DD
/8,161809.2,0.
===
ρ

hkmol
M
D
D
D
/07,2
==
Phương trình cân bằng vật chất:



F
x
98,0
=
D
x
01,0
=
W
x
44.0
=
F
x
983,0
=
D
x
012,0
=
W
x
III. XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ HỒI LƯU THÍCH HP :
* Chỉ số hồi lưu tối thiểu :
Tỉ số hoàn lưu tối thiểu là 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.
Trang 11
ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn
Hình 1: Đồ thò cân bằng pha của hệ Benzen – Toluen tại P = 1atm

tháp tỉ lệ với số đĩa lý thuyết N
lt
. Vậy thể tích tháp tỉ lệ với giá trị N
lt
.(R+1). Lần lượt cho các
giá trị R và tìm thể tích tháp, ứng với giá trị nào nhỏ nhất của thể tích tháp thì R đó là tỉ số
hồn lưu tối ưu.
R 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2
N
lt
12 13 14 16 15 15 18
(R+1).Nlt 72 71.5 70 72 60 52.5 54
Biểu diễn trên đồ thị:
Trang 12
ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn
Theođđồ thị trên ta chọn giá trị tỉ số hồi lưu thích hợp R = 2,48
IV . PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC - SỐ MÂM LÝ THUYẾT:
1 . Phương trình đường làm việc của đoạn cất:
y =
11
+
+
+
R
x
x
R
R
D
=

WD
xx
xx
−
−
=
012,044,0
012,0983,0
−
−
=2,27
Trang 13
(R+1).N
lt
R
ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn
Hình 2: Đồ thị xác định số mâm lý thuyết chưng hệ Benzen – Toluen tại P = 1atm
3 . Số đĩa lý thuyết :
Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết :
Dựng đường làm việc của tháp bao gồm đường làm việc phần cất và phần
chưng. Trên đồ thò y-x ta lần lượt vẽ các đường bậc thang từ đó xác đònh được số
đĩa lý thuyết là14.56 đĩa, ta lấy tròn 15
Từ đồ thò, ta có : 15 đĩa bao gồm : 6 mâm cất
1 mâm nhập liệu
6 mâm chưng (5 mâm chưng + 1 nồi đun)
Tóm lại, số đĩa lý thuyết là N
lt
= 15 mâm.
V . XÁC ĐỊNH SỐ MÂM THỰC TẾ:
có nhiều phương pháp xác định số mâm thực của tháp, ngoại trừ các ảnh hưởng của thiết kế

x
ĐAMH Quá trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn
η
tb
=
3
WFD
nnn
++
Với
D
n
F
n
W
n
- lần lượt là hiệu suất ở đĩa trên cùng, hiệu suất ở đĩa nhập liệu và hiệu
suất ở đĩa dưới cùng
- Xác định
D
n

ta có: T
đ
(nhiệt độ đỉnh tháp) = 80
0
C, x
D
= 0,983 suy ra y
D

= 0,316. 10
-3
N.s/m
2
(= 0.316cP)
Và độ bay hơi tương đối α =
x
x
y
y
−
−
1
.
1
=
983.0
983.01
.
994.01
994.0
−
−
= 2,87
 α. µ
hh
= 2,87.0,316 = 0,905, theo hình IX.11 trang 171 thì
D
n
= 0,53

= x
D
.lgµ
B
– (1- x
D
).lg µ
T
(theo công thức I.12 trang 84
STT1)  µ
hh
= 0,293. 10
-3
N.s/m
2
(= 0,293 cP)
Và độ bay hơi tương đối α =
x
x
y
y
−
−
1
.
1
=
44.0
44.01
.

-3
N.s/m
2
, µ
T
= 0,250.10
-3
N.s/m
2
.
Độ nhớt của hỗn hợp lg µ
hh
= x
D
.lgµ
B
– (1- x
D
).lg µ
T
(theo công thức I.12 trang 84
[ ]
5
)
 µ
hh
= 0,249. 10
-3
N.s/m
2

WFD
nnn
++
=
3
62,058,053,0
++
= 0.58
Suy ra số mâm thực :
N
t
= N
lt
/η
tb
= 15/0,58 = 25,8 lấy tròn 26 mâm
Chương 4 :
Trang 15
ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn
TÍNH TOÁN THÁP CHƯNG CẤT
* Đường kính tháp chưng cất (D
t
) :
tbyy
tb
g
)ω.(
0188,0
ω.3600.π
4V

kg/h
g
d
: lượng hơi ra khỏi đóa trên cùng của tháp kg/h
g
1
: lượng hơi đi vào đóa dưới cùng của đoạn cất kg/h
• Xác đònh g
d
:
g
d
= D.(R+1) =2,07.(2,48+1) = 7,204 kmol/h
= 563,93 kg/h
(Vì M
hD
=78.y
D
+(1-y
D
).92 = 78,28 kg/kmol)
• Xác đònh g
1
: Từ hệ phương trình :





=

o
C , tra bảng I.212, trang 254, [5] ta có :
Ẩn nhiệt hoá hơi của Benzen : r
B1
= 383,1 kJ/kg.
Ẩn nhiệt hoá hơi của Toluen : r
T1
= 371,3 kJ/kg.
Suy ra : r
1
= r
B1
.y
1
+ (1-y
1
).r
T1
= 373,1y
1
- 11,8y
1
 r
1
= 373,1y
1
- 11,8y
1
kJ/kg
* Tính r

theo phân khối lượng là 0,99)
* x
1
= x
F
= 0,4(ta coi n)
Trang 16
ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn
Giải hệ (IV.1) , ta được : G
1
= 593,3 kg/h
y
1
= 0,524 (phân khối lượng benzen)
g
1
= 755,1 kg/h
Vậy : g
tb
=
5,659
2
1,75593,563
=
+
kg/h
2 . Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp ở đoạn cất :
Vận tốc hơi đi trong tháp ở đoạn cất:
( )
[ ]

−+
=
tb
tbtb
ytb
t
yy
ρ

Với: + Nồng độ phân mol trung bình : y
tb
=
2
1 D
yy
+
=
2
99,0468,0
+
= 0,725
+ Nhiệt độ trung bình đoạn cất : t
tb
=
2
1 D
tt
+
=
2

tb
xx
x
x
−+
=
= 65,5 %.
t
tb
= 89,5
o
C , tra bảng I.2, trang 9, [5], ta có :
3
/804 mkg
benzen
=
ρ
3
/798 mkg
toluen
=
ρ
toluen
tb
benzen
tb
xtb
xx
ρρρ
−

-3
N/m,
T
σ
= 21,5.10
-3
N/m (số liệu tra từ bảng I.242 trang 300 STT1)
Ta thấy
hh
σ
< 20 theo STT2 – tr184 chọn
[ ]
σϕ
= 0,8

( )
[ ]
smkghw
ytbxtb
tb
yy
./33,1752,2.802.3,0.8,0.065,0..065,0.
2
===
ρρσϕρ

m
g
tbyy
tb

2
1
,,
,
gg
g
n
tb
+
=
; kg/h
g’
n
: lượng hơi ra khỏi đoạn chưng ; kg/h.
g’
1
: lượng hơi đi vào đoạn chưng ; kg/h.
• Xác đònh g’
n
: g’
n
= g
1
= 755,1 kg/h
• Xác đònh g’
1
: Từ hệ phương trình :




* Tính r’
1
: x
W
=0,012(phần mol) tra đồ thò cân bằng của hệ ta có : y*
W
=0,016(phần mol), tương đương với nồng độ khối lượng là y*
W
= 0,014(phần khối lượng)
t’
1
= t
W
= 110
o
C, tra bảng I.212, trang 254, [5], ta có :
Ẩn nhiệt hoá hơi của Benzen : r’
B1
= 370,56 kJ/kg.
Ẩn nhiệt hoá hơi của Toluen : r’
T1
= 362,20 kJ/kg.
 r’
1
= r’
B1
.y
W
+ (1-y
W

Giải hệ (IV.2) , ta được : x’
1
= 0,0135 (phân mol)
G
’
1
= 1030,3 kg/h
g’
1
= 789,7kg/h
Vậy : g’
tb
=
4,772
2
1,7557,789
=
+
kg/h
2 . Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp ở đoạn chưng :
Vận tốc hơi đi trong tháp ở đoạn chưng:
( )
[ ]
ytbxtb
tb
yy
hw
ρρσϕρ
..065,0.
=

t
yy
ρ
Với: + Nồng độ phân mol trung bình : y
tb
=
2
1 D
yy
+
=
2
014,0468,0
+
= 0,241
+ Nhiệt độ trung bình đoạn chưng : t
tb
=
2
1 W
tt
+
=
2
1105,98
+
= 104,2
o
C
Suy ra : ρ

= 18,8 %.
t
tb
=
2
WF
tt
+
=
=
+
2
11093
101,5
o
C , tra bảng I.2, trang 9,
[ ]
5
, ta có :
3
/793 mkg
benzen
=
ρ
3
/788 mkg
toluen
=
ρ
toluen

−
−−
σ
σσσ
Với:
B
σ
=18,8.10
-3
N/m,
T
σ
= 21,5.10
-3
N/m (số liệu tra từ bảng I.242 trang 300
[ ]
5
)
Ta thấy
hh
σ
< 20 theo STT2 – tr184 chọn
[ ]
σϕ
= 0,8

( )
[ ]
38,196,2.7,789.3,0.8,0.065,0..065,0.
===

96,2
38,1
.
'
===
ρ
ρ
Kết luận : hai đường kính đoạn cất và đoạn chưng không chênh lệch nhau quá lớn
nên ta chọn đường kính của toàn tháp là : D
t
= 0,50 m.
Khi đó tốc độ hơi ở chế độ làm việc thực:
+ Phần cất : ωlv =
339,0
752,2.50,0
5,659.0188,0
.
.0188,0
2
2
2
2
==
tb
yt
tb
D
g
ρ
m/s

Trong đó N
t
- số đĩa thực tế; δ bề dày của đĩa, m; 0,8 ÷ 1 – khoảng cách cho phép ở
đỉnh và đáy thiết bị, m; H
đ
– khoảng cách giữa các đĩa, m
H = 26.(0,25 +0,004 ) +0,8 = 7,4 m lấy tròn là H = 7,5 m
Trong đó bề dày đĩa δ = 0,004 m tính ở phần bề dày đĩa
Vậy kết luận chiều cao tháp H = 7,5 m
III. Tr ở lực của tháp chóp :
Trở lực của tháp chóp bao gồm: tổn thất áp suất khi dòng khí đi qua đĩa khô, tổn thất do
sức căng bề mặt, tổn thất thất do lớp chất lỏng trên đĩa và bỏ qua sự biến đổi chiều cao
lớp chất lỏng trên đĩa
Trở lực của tháp chóp được xác định the công thức:
2
/,. mNPNP
dtt
∆=∆
Trong đó N
tt
– số đĩa thực tế của tháp;
d
P
∆
- tổng trở lực của một đĩa, N/m
2
d
P
∆
=

:
k
P
∆
=
2
.
0
2
w
y
ρ
ξ
Trong đó:
ξ
- hệ số trở lực, thường chọn
ξ
= 4,5 – 5(ở đây ta chọn
ξ
= 5);
y
ρ
-
khối lượng riêng của pha hơi, kg/m
3
; w
0
– tốc độ khí qua rãnh chóp, m/s
Với khối lượng riêng pha hơi đi trong toàn tháp:
3

2
/3,8045
2
4,35.586,2
.5
2
.
mN
w
y
==
ρ
ξ
 Trở lực do sức căng bề mặt
s
P
∆
, N/m
2
s
P
∆
=
tđ
d
σ
.4
, N/m
2
Trong đó

x
3
10.67,667,6
30
50.4
.4
−
===
Π
Trang 20
ĐAMH Quá trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn
Vậy
s
P
∆
=
2
3
3
/296,6
10.67,6
10.5,10.4.4
mN
d
tđ
==
−
−
σ
, với

, N/m
2
(trở lực thủy tĩnh)
t
P
∆
=






−
2
.
b
hg
bb
ρ
, N/m
2
Trong đó b – chiều cao khe chóp, m;
b
ρ
- khối lượng riêng bọt, kg/m
3
; hb – chiều cao
của lớp bọt trên đĩa, m; g – gia tốc trọng trường, m/s
2

– chiều cao lớp bọt lấy bằng hai lần chiều cao lớp chất lỏng trên đĩa, theo phần
tính toán cho đĩa thì chiều cao lớp chất lỏng trên đĩa là 25mm, vậy h
b
= 50mm
+b – chiều cao khe chóp, tính toán ở phần chóp ta có b = 10mm
Suy ra:
t
P
∆
=
2
/6,167
2
01,0
05,081,9.75,379
2
. mN
b
hg
bb
=






−=



P
∆
= 16438,39 N/m
2
Trang 21
ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn
CHƯƠNG 5:
CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
I. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO THIẾT BỊ NGƯNG TỤ :
Q
nt
=(R+1)D.r
D
kW
Q
nt
: nhiệt ngưng tụ, kW
• Với r
D
=
D
x
.r
B
+(1-
D
x
).r
T
• Tại x

Q
F
=C
F
.F(T
F
- T
Vào
), kW
• Tại x
F
= 0,44 nội suy từ bảng IX-2a trang 146 STT2 ta có T
F
= 94
o
C
Nhiệt dung riêng của nhập liệu tra ở nhiệt độ trung bình t =
2
2594
+
=59,5
o
C
tại nhiệt độ này ta có C
B
=1930 J/kgđộ , C
T
=1900 J/kgđộ (Bảng I.153 TR171-172
[ ]
5

W
= WC
W
(T
W
- T
Wra
), kW
Nhiệt dung riêng được xác đònh ở nhiệt độ trung bình T=
2
35110
+
=72,5
o
C . Tại nhiệt độ
này ta nội suy từ bảng I.153 TR171-172-
[ ]
5
ta có : C
B
=1983 J/kgđộ,
C
T
=1952J/kgđộ
Nên C
W
=
w
x
C

3580
+
=57,5
o
C . Tại
nhiệt độ này ta nội suy các giá trị nhiệt dung riêng ở bảng I.153 TR171-172-
[ ]
5
:
C
B
=1877.5 J/kgđộ , C
T
=1850 J/kgđộ
Tương tự ta tính được C
D
=1877 J/kgđộ
Trang 22
ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn
Do đó Q
D
=
3600
4,86.07,2
.1877 .(80-35)=5,13 kW
V. NHIỆT LƯỢNG CUNG CẤP CHO ĐÁY THÁP :
Từ cân bằng nhiệt lượng ta có:
Q
T
= Q

+ 20 = 110 + 20 = 130
0
C
 Áp suất tính toán :
Vì tháp hoạt động ở áp suất thường nên ta coi áp suất tính tốn bằng với áp suất thủy tĩnh
lớn nhất tác dụng lên đáy tháp. Điều kiện nguy hiểm nhất chọn để tính tốn đó là tháp chứa
đầy Toluene ở nhiệt độ 30
0
C khi đó khối lượng riêng của Toluene ρ
T
= 856,5 kg/m
3
Nên: P

= (H
thân
+ 2H
nắp
).g.ρ
T
= (7,5 + 2.0,15).9,81.856,5 = 61328 N/m
2
≈ 0,0613 N/mm
2

Với dung tích tháp nhỏ hơn 30m
3
ta chọn theo bảng 1.1 tr10- Tính tốn thiết kế chi tiết thiết
bị hóa chất dầu khí – Hồ Lê Viên thì áp suất tính tốn P = 0,01N/mm
2

6
)
 Tính bề dày: Cho thân trụ hàn chịu áp suất trong
25161895,0
061,0
140][
>=×=
h
P
ϕ
σ
Nên ta tính bề dày thân theo cơng thức 5.3 tr96 –
[ ]
7
Bề dày tối thiểu: S’ =
mm
DP
h
t
197,0
95,0.140.2
500.105,0
][2
.
==
ϕσ
⇒ S’ + C
a
= 0,197 + 1 = 1,197 mm
Quy tròn theo chuẩn: S = 2 mm, tuy nhiên dựa vào bảng 5.1 trg 94 -

at
ah
CSD
CS
P
ϕσ
= 1,586 > P = 0,061 N/mm
2
: thỏa
Vậy kết luận: bề dày thân tháp S = 4mm, đường kính ngồi tháp D
n
= 500 + 2.4 =508 mm
II. Tính Tốn Chóp :
Chọn chóp sử dụng trong tháp là chóp tròn
+ Đường kính ống hơi: d
h
= 26 mm
Trang 24
ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn
+ Số chóp phân bố trên đĩa: n = 10 chóp
Chọn số chóp n = 10, với khoảng cách giữa tâm của hai chóp 100mm
+ Chiều cao chóp tính từ mặt đĩa đến đỉnh chóp 70mm
+ Đường kính trong của chóp 46mm
Với:
ch
δ
- bề dày chóp, thường lấy 2 mm - 3 mm, ta chọn 2 mm
Suy ra đường kính ngồi của chóp 50mm
+ Khoảng cách từ mặt đĩa đến chân chóp S = 15 mm
+ Chiều cao gờ chảy tràn 45mm

y
– lưu lượng hơi đi trong tháp, m
3
/h;
ξ
- hệ số trở lực của đĩa chóp, thường lấy bằng 1,5 -2;
y
ρ

x
ρ
- khối lượng riêng trung
bình của pha hơi và pha lỏng, kg/m
3
Suy ra
==
790.81,9
8,2.5,3.2
2
b
0,0218 m, chọn b = 25 mm
+ Chọn bề rộng khe chóp 5mm
+ Chọn khoảng cách lớn nhất từ gờ chảy chuyền đến thân tháp 60mm(bề dày 4mm)
+ Chọn khoảng cách từ gờ chảy tràn đến thân tháp 80mm(bề dày 4mm)
+ Bố trí các chóp trên đĩa sao cho 3 chóp liên tiếp nhau tạo thành hình tam giác đều
III . Tính Tốn Đáy và Nắp Thiết Bị
Chọn đáy và nắp có dạng hình ellip tiêu chuẩn, có gờ, làm bằng thép X18H10T
Ta có:
2594095,0
105,0

h
ϕ
- hệ số bền mối hàn (lấy bằng 0,95);
][
k
σ
- giới hạn bền kéo của vật liệu với X18H10T
thì [σ
k
] =540.10
6
N/m
2
; P – áp suất tính tốn N/m
2
; Ca – hệ số ăn mòn, mm
00105,0001,0
95,0.10.540.2
105,0.500
]..[2
.
6
=+=+=
a
hk
t
C
PR
S
ϕσ