Đồ án Hóa công ĐH Công Nghiệp Hà Nội –Khoa CN Hóa
Sv: Phạm Thị Hồng – Lớp LTCĐ-ĐH Hóa 5k4 1
Bộ Công Thương
Trường ĐH Công nghiệp Hà
Nội
Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt
Nam
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Đồ án môn học Quá trình thiết
bị
Số : …………………
Họ và tên HS-SV : Phạm Thị Hồng
Lớp : CĐ-ĐH Hóa 5 Khóa: 4
Khoa : Công nghệ Hóa
Giáo viên hướng dẫn : thầy Nguyễn Tuấn Anh
Nội
dung
Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp đệm để phân tách hỗn hợp
Axeton – nước.
Các số liệu ban đầu:
Hỗn hợp đầu F=4200Kg/h.
X
F
=40% khối lượng
X
P
=98% khối lượng
X
w
=3% khối lượng
T

2.2.1. Phương trình đường nồng độ làm việc của tháp: 14
2.2.2. Xác định số bậc thay đổi nồng độ: 15
2.3. ĐƯỜNG KÍNH THÁP CHƯNG: 27
2.3.1. Lượng hơi trung bình đi trong tháp: 27
2.3.2. Khối lượng riêng trung bình trong tháp: 31
2.3.4. Đường kính tháp chưng luyện: 37
2.4. CHIỀU CAO THÁP CHƯNG LUYỆN: 38
2.4.1. Chiều cao của 1 đơn vị chuyển khối: 38
2.4.2. Số đơn vị chuyển khối: 39
2.4.3. Tính m: 50
2.4.4. Xác định chiều cao tháp: 51
2.4.5. Chiều cao toàn tháp: 51
2.5. TRỞ LỰC CỦA THÁP ĐỆM: 52
2.5.1. Trở lực của đoạn chưng: 53
2.5.2. Trở lực đoạn luyện: 54
2.6. CÂN BẰNG VẬT LIỆU: 55
Chương 3: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ VÀ LỰA CHỌN: 62
3.1. TÍNH TOÁN THÂN THÁP: 62
3.1.1. Vật liệu làm tháp: 62
3.1.2. Chiều dày thân tháp: 67
3.2. ĐÁY VÀ NẮP THIẾT BỊ: 68
3.2.1. Chiều dày nắp thiết bị: 66
3.2.2. Chiều dày đáy thiết bị: 67
3.3. ĐƯỜNG KÍNH ỐNG DẪN: 68
3.3.1. Đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh: 68
3.3.2. Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu: 70
3.3.3. Đường kính sản phẩm đáy: 70
3.4. TRA BÍCH GHÉP: 71
3.5. LƯỚI ĐỠ ĐỆM, DẦM ĐỠ ĐỆM: 73
3.5.1. Đĩa phân phối chất lỏng: 73

2: Tính toán thiết bị chính
3: Thiết bị phụ
4: Tính toán cơ khí và lựa chọn
5: Bản vẽ chi tiết tháp chưng luyện loại tháp đệm
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN
1.1.1. Phương pháp chưng luyện
Chưng là phương pháp dùng để tách các hỗn hợp khí lỏng thành các cấu
tử riêng biệt dựa vào nhiệt độ sôi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp. Khi
chưng ta thu được nhiều sản phẩm và thường có bao nhiêu cấu tử thì có bấy
nhiêu sản phẩm.
Phương pháp chưng luyện này là một quá trình trong đó hỗn hợp được
bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần. Kết quả cuối cùng ta thu được ở đỉnh tháp là một
hỗn hợp gồm các cấu tử dễ bay hơi có nồng độ đạt yêu cầu. Phương pháp chưng
luyện cho hiệu suất cao nên nó được sử dụng nhiều trong thực tế.
Các phương pháp chưng cất bao gồm:
- Chưng đơn giản .
- Chưng bằng hơi nước trực tiếp .
- Chưng bằng hơi nước gián tiếp
- Chưng chân không
- Chưng ở áp suất thấp
- Chưng ở áp suất cao
Trong trường hợp này với yêu cầu axeton có độ tinh khiết cao khi sử dụng, cùng
với hỗn hợp axeton- nước không có điểm đẳng phí nên chọn phương pháp chưng
liên tục là hiệu quả nhất.
1.1.2 Thiết bị chưng luyện
Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp khác nhau nhưng chúng
thường có một yêu cầu cơ bản là bề mặt tiếp xúc pha lớn.
Tháp chưng cất phong phú về kích cỡ và ứng dụng, các tháp lớn thường

giống Andehit:
CH
3
-CO-CH
3
+ H
2
CH
3
-CH(OH)-CH
3
Phản ứng oxi hóa:
Axeton không bị oxi hóa bởi dung dịch bạc nitrat trong amoniac (không
tráng gương), không khử đồng (II) hidroxit, mà bị oxi hóa bởi các chất oxi hóa
mạnh như: KMnO
4
, K
2
Cr
2
O
7
, với H
2
SO
4
đặc.
CH
3
COCH

COCH
3
+ MgCl
d. Ứng dụng
Sản xuất sơn và nhựa resin
Aceton là dung môi hoà tan tốt nitrocellulose, cellulose acetate, cellulose
ether, được dùng để làm giảm độ nhớt của sơn cóchứa nhựa này. Đặc biệt,
nóthích hợp để sản xuất sơn mau khô vì có tốc độ bay hơi cao. Ngoài ra cũng
dựng Acetone trong sản xuất sơn có hàm lượng chất rắn cao.
Dược và mỹ phẩm
Axeton dùng làm chất khử nước trong sản xuất thuốc và trong công nghiệp
mỹ phẩm, sơn và rửa móng tay.
Nén khí axetilen
Axetilen là một chất khí công nghiệp quan trọng nhưng không thể nén một
cách hiệu quả để đảm bảo trong có bình hình trụ mà không có nguy cơ bị nổ.
Axeton có thể hòa tan lượng lớn khí Axetilen (khoảng 300 lần so với thể tích
thực của nó) do đó axetilen được chứa trong bình kín cùng với axeton.
Ngoài ra axeton còn được sử dụng làm chất tẩy rửa và khử nước cho các
thành phần điện tử, dung môi trong ngành sản xuất cao su…
1.2.2. Nước H
2
O
a. Tính chất vật lý
Nước là một hợp chất hóa học của oxy và hidro, có công thức hóa họclà
H2O. Với các tính chất lý hóa đặc biệt (ví dụ như tính lưỡng cực, liên kếthiđro
và tính bất thường của khối lượng riêng) nước là một chất rất quantrọng trong
nhiều ngành khoa học và trong đời sống; 70% diện tích của TráiĐất được nước
che phủ nhưng chỉ 0,3% tổng lượng nước trên Trái Đất nằmtrong các nguồn có
thể khai thác dùng làm nước uống.
Trong điều kiện bình thường nước là chất lỏng không màu, không mùi,

H
2
O + NH
3
NH
4
+
+ OH
-
Ứng dụng
1.3 DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT
1.3.1. Sơ đồ công nghệ sản xuất
Chú t

hí

ch:
Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ chưng luyện
1: Thùng cao vị 5: Tháp chưng luyện 9: Bể chứa sản phẩm đáy
2: Bể chứa dung dịch đầu 6: Thiết bị ngưng tụ 10: Thiết bị gia nhiệt đáy
3: Thiết bị gia nhiệt đầu 7: Thiết bị làm lạnh 11: Thiết bị tháo nước
4: Lưu lượng kế 8: Bể chứa sản phẩm đỉnh 12: Bơm
1.3.2. Thuyết minh sơ đồ
Nguyên liệu đầu được chứa trong thùng chứa (2) và được bơm (12) bơm lên
thùng cao vị (1) .Mức chất lỏng cao nhất được khống chế bởi ống chảy tràn trở
lại bể chứa dung dịch đầu (2). Hỗn hợp đầu từ thùng cao vị tự chảy xuống thiết
bị đun sôi hỗn hợp đầu (3). Lưu lượng được khống chế bằng cách điều chỉnh hệ
thống van và lưu lượng kế (4) hơi nước bão hòa từ nồi hơi vào đun sôi hỗn hợp
đầu đến nhiệt độ sôi sau khi đạt tới nhiệt độ sôi hỗn hợp này được đưa vào đĩa
tiếp liệu của tháp chưng luyện (5) loại đệm.Trong tháp hơi đi từ dưới lên tiếp

- Số mol pha hơi đi từ dưới lên bằng nhau trong mọi tiết diện của tháp
- Số mol chất lỏng không thay đổi theo chiều cao đoạn chưng và đoạn
luyện
- Hỗn hợp đầu đi vào tháp ở nhiệt độ sôi
- Chất lỏng ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ có thành phần bằng thành phần
của hơi đi ra từ đỉnh tháp
- Cấp nhiệt ở đáy tháp bằng hơi đốt gián tiếp
b. Ký hiệu các đại lượng
- F: Lượng nguyên liệu đầu (kmol/h)
- P: Lượng sản phẩm đỉnh (kmol/h)
- W: Lượng sản phẩm đáy (kmol/h)
- G
F
: Lượng nguyên liệu đầu (kg/h)
- G
P
: Lượng sản phẩm đỉnh (kg/h)
- G
W
: Lượng sản phẩm đáy (kg/h)
- x
F
: Nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu
- x
P
: Nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đỉnh
- x
W:
Nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy
- a

0
0
a
a
G
2.1.2 Cân bằng vật liệu
Hỗn hợp đầu vào F (axeton – nước) được phân tách thành sảnphẩm đỉnh P
(axeton), và sản phẩm đáy W (nước). Ở đĩa trên cùngcó 1 lượng lỏng hồi lưu, ở
đáy tháp có thiết bị đun sôi. Lượng hơi đi ra đỉnhtháp Do.
a. Phương trình cân bằng vật liệu
Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp
G
F
= G
P
+ G
w
(1)(IX.16 STQTTB- II tr.144)
Viết cho cấu tử dễ bay hơi
G
F
. a
F
= G
P
. a
P
+ G
w
.a

4200
0,40
W
0,98
,03
,03
635,79(kg
/
h)
Từ(1) G
W
= G
F
- G
P
= 4200 – 1635,79= 2564,21 (kg/h)
b. Đổi nồng độ phần khối lượng sang nồng độ phần mol
- Nồng độ phần mol: Áp dụng công thức
0
0
1
1
0
1
1
0
0
1
1
a


A
M
A
M
B
M
A
M
B
 Thành phần mol trong hỗn hợp đầu:
x
Fa
F a
F
M
A
a
F
0 ,

40

0,40

,98
,9383
M
A
M
B
58
18
 Thành phần mol trong sản phẩm đáy:
x
Wa
W

a
W

M
A
a
W

0,03
0,03
58
,03
0,0095
M

= x
W
M
A
+(1-x
W
)M
B
= 0,009558 + (1-0,0095)18 = 18,38 (kg/kmol)
- Lưu lượng tính theo kmol:
F
G
F
M
F
P
G
P
M
P
W
G
W
M

W
4200
24,856
1635,79
55,532

Gọi V
0
là lượng hơi đi trong đoạn luyện
Gọi L
0
là lượng lỏng đi trong đoạn luyện
Gọi P là lượng sản phẩm đỉnh thu được
Phương trình cân bằng vật liệu
V
0
= L
0
+ P
Viết cho cấu tử dễ bay hơi:
V
0
y = L
0
x + Px
p
Trong đó:
y: Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi
x: Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng
y
L
0
.
x
V
0

p
L
P
0
P
11
1
1
1
1
1
1
1
1
W
w
R x

p
Đặt R=L
0
/P
y
R
.x
R
Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện có dạng:
Y = Ax + B với
A
R

0
P
Chia cả tử và mẫu cho P:
y'
L
0
/ P
F / P
.x
F / P P / P
.
L
0
/ P
P /
P
L
0
/ P
x
W
P / P
Đặt F/P=f
y

'
R
R
f
.

à
n
pha hôi
Từ bảng số liệu trên ta vẽ đường cân bằng trên đồ thị x - y và vẽ đồ thị t - x,y.
Đồ thị
y-x
Ñ
o
à

t
h
ò

c
a
â
n

b
a
è
n
g

aceyone-
n
ö
ô
ù

, y
*
là nồng độ phần mol của pha hơi cân bằng với pha lỏng
F P W
trong hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy.
Gọi t
F
, t
P
, t
W
: nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy.
Dựa vào đồ thị ta có bảng kết quả sau:
Sản phẩm x ( mol) y* ( mol)
t
o
(
o
C)
s
F 0,1714 0,7881 65,41
P 0,9383 0,9633 57,26
W 0,0095 0,3822 93,79
0
1
1
1
y
y
x

th
lớn hơn R
min
. với mỗi giá trị trên, ta xác định được tung độ
của đường làm việc với trục tung là B.
B
x

p
R
th
c. Xác định số đĩa lý thuyết
Cách xác định số đĩa lý thuyết theo phương pháp số bậc thay đổi nồng độ
bằng đồ thị y - x như sau:
Trên đồ thị y-x vẽ đường chéo y=x
Vẽ đường cân bằng theo bảng 2.1
Vẽ đường làm việc của đoạn chưng, đoạn luyện
Từ M kẻ đường thẳng song song với trục hoành cắt đường cân bằng ở đâu
thì dừng lại tại đó. Từ điểm cắt kẻ đường thẳng song song với trục tung cắt
đường làm việc ở đâu thì dừng lại ở đó. Tương tự như vậy kẻ song song với trục
hoành cắt đường cân bằng ở đâu rồi dừng lại ở đó, sau đó kẻ song song với trục
tung cắt đường làm việc ở đâu lại dừng ở đó. Làm như vậy cho đến khi điểm
cuối cùng có nồng độ nhỏ hơn hoặc bằng x
w
.
Đếm số tam giác thu được ta tìm được số đĩa lý thuyết hay số bậc thay đổi
nồng độ.
Chọn =1.1
B
x

R
th
0,4383
Chọn =1,6
B
x
p
R
th
0,9383
0,3896
,6752
0
11
Chọn =1,8
B
x
p
R
th
0,9383
0,4383
,65237
0
1
1
Chọn =2,0

B
x

,60145
0
11
Chọn =2,4
B
x
p
R
th
0,9383
0,5844
,5922