1
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐHCN TP.HỒ CHÍ
MINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
__________________
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN HỌC PHẦN
KHOA: CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC
BỘ MÔN: MÁY & THIẾT BỊ
HỌ VÀ TÊN: Bùi Ngọc Thơ MSSV: 10224731 LỚP:
DHHD6B
1. Tên đồ án:
Tính toán, thiết kế hệ thống tháp mâm chóp dùng để chưng cất hỗn hợp
Cloroform - Cacbontetraclorua
2. Nhiệm vụ đồ án (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu)
Năng suất 7500kg/ngày (theo sản phẩm đỉnh)
Thành phần phần mol cloroform trong dòng nhập liệu 20% mol
Quá trình thu hồi được 90% lượng cloroform trong dòng nhập liệu
Sản phẩm đỉnh có thành phần cloroform 90% khối lượng
Tổng quan nguyên liệu, quá trình chưng cất
Tính toán công nghệ (cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng, điều kiện làm
việc….)
Xác định kích thước thiết bị. Lựa chọn vật liệu chế tạo, tính bền cho thiết bị (đáy,
nắp, mặt bích, thân, chân đỡ, tai treo….)
Tính toán, chọn các thiết bị phụ trang bị cho hệ thống (Bơm, bồn cao vị, thiết bị
trao đổi nhiệt, nồi đun, hệ thống đường ống….)
2
Vẽ sơ đồ nguyên lý làm việc hệ thống, cấu tạo chi tiết thiết bị chính (bản vẽ A1)
Các thông số khác sinh viên tự chọn cho phù hợp
3. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 19/05/2013
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
Giáo viên hướng dẫn
5
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 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 2010

TỒNG QUAN
1. LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT:
1.1. Khái niệm:
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 cloroforme – carbontetraclorua. Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm
cloroforme và một ít carbontetraclorua.Sản phẩm đáy chủ yếu là
carbontetraclorua và một ít cloroforme.
1.2. Phương pháp chưng cất :
Các phương pháp chưng cất được phân loại theo :
10
− Áp suất làm việc :
− Áp suất thấp
− Áp suất thường
− Áp suất cao
Nguyên tắc làm việc :

Ưu
điểm
- Cấu tạo khá đơn giản.
- Trở lực thấp.
- Làm việc được với chất lỏng bẩn
nếu dùng đệm cầu có ρ ≈ ρ của
chất lỏng.
- Trở lực tương đối thấp.
- 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 cloroforme –
carbontetraclorua .

3
(lỏng)
• Điểm sôi: 76,72
0
C
• Độ hòa tan trong nước: 800mg/l ở 25
0
C
3. ĐIỀU CHẾ:
3.1. Cloroforme :
Trong công nghiệp, người ta điều chế clorofom bằng đốt nóng hỗn
hợp clo và clomêtan hay mêtan. Ở nhiệt độ 400-500 °C, phản ứng halogen hóa
14
gốc tự do diễn ra, chuyển mêtan hay clomêtan dần dần thành các hợp chất clo
hóa.
- CH
4
+ Cl
2
→ CH
3
Cl + HCl
- CH
3
Cl + Cl
2
→ CH
2
Cl
2

+ 4HCl
Việc sản xuất nó thường tận dụng các phụ phẩm của các phản ứng clo
hóa khác, chẳng hạn như tổng hợp diclorometan và cloroform. Các clorocacbon
cao hơn cũng có thể dùng để "phân hủy bằng clo":
- C
2
Cl
6
+ Cl
2
→ 2 CCl
4
Trước thập niên 1950, cacbon tetraclorua được sản xuất bằng clo
hóa cacbon disulfua ở 105-130 °C:
- CS
2
+ 3Cl
2
→ CCl
4
+ S
2
Cl
2
x (phân 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
15
mol)
y ( phân
mol)
0

60.
8
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Hỗn hợp Cloroforme – Carbontetraclorua có nồng độ Cloroforme là 20%
(phần mol), nhiệt độ nguyên liệu lúc đầu là 300C tại bình chứa nguyên liệu (1),
được bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3). Dòng nhập liệu được gia nhiệt tới nhiệt độ
sôi trong thiết bị truyền nhiệt ống chùm(4). Sau đó hỗn hợp được đưa vào tháp
chưng cất (6) ở đĩa nhập liệu và bắt đầu quá trình chưng cất. Lưu lượng dòng
nhập liệu được kiểm soát qua lưu lượng kế (5).
Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn luyện của
tháp chảy xuống. Trong tháp, hơi đi dưới lên gặp lỏng đi 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 phía dưới càng giảm nồng độ các cấu tử dễ bay hơi vì đã bị
pha hơi tạo nên từ nồi đun (10) lôi cuốn cấu tữ dễ bay hơi.Càng lên trên nhiệt độ
càng thấp, nên khi hơi đi qua các đĩa từ dưới lên thì cấu tử có nhiệt độ sôi cao là
carbontetraclorua sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp có
cấu tử cloroforme chiếm nhiều nhất (nồng độ 90% phần khối lượng). Hơi này đi
vào thiết bị ngưng tụ (7) được ngưng tụ hoàn toàn. Một phần chất lỏng ngưng tụ
đi qua thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh (8), được làm nguội bằng thiết bị trao đổi
nhiệt ống lồng ống(8) rồi được đưa qua bồn chứa sản phẩm đỉnh (9). Phần còn lại
16
của chất lỏng ngưng tụ được hoàn lưu về tháp ở đĩa trên cùng với tỉ số hoàn lưu
thích hợp và được kiểm soát bằng lưu lượng kế(5). Cuối cùng ở đáy tháp ta thu
được hỗn hợp lỏng hầu hết là cấu tử khó bay hơi (Carbontetraclorua). Hỗn hợp
lỏng ở đáy có nồng độ Carbontetracloruae là 99% phần khối lượng, còn lại là
Cloroformee. Dung dịch lỏng ở đáy đi ra khỏi tháp vào nồi đun (10). Trong nồi
đun dung dịch lỏng một phần sẽ bốc hơi cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm
việc, phần còn lại ra khỏi nồi đun được cho qua thiết bị làm nguội sản phẩm đáy
(13) rồi đi vào thiết bị làm nguội sản phẩm đáy(12) sau đó vào bồn chứa sản
phẩm đáy(13).

1
1
1
1
1
1
2
2
2
14
1
14
thi?t b? gia nhi?t
1
2
3
6
7
8
9
10
11
13
12
T
T P
GHI CHÚ
STT
Tên g? i
1

1. CÁC THÔNG SỐ BAN DẦU:
Chọn loại tháp là tháp mâm chóp.
Khi chưng luyện hỗn hợp Cloroforme – Carbontetraclorua thì cấu tử dễ
bay hơi là Cloroforme.
Hỗn hợp
- Năng suất D= 312,5kg/h (theo sản phẩm đỉnh)
- Thành phần phần mol cloroform trong dòng nhập liệu x
F
= 20% mol
- Quá trình thu hồi được h
S
= 90% lượng cloroform trong dòng nhập
liệu
- Sản phẩm đỉnh có thành phần cloroform = 90% khối lượng
- Chọn:
• Nhiệt độ nhập liệu: t
f
=73
0
C
• Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi làm nguội: t
WR
=35
0
C
• Nhiệt độ lạnh vào: t
v
=20
0
C

D
M
x
M
x
M
x
x
M
D
=x
D
.M
CHCL3
+ (1- x
D
).M
CCl4
= 0,921.119,5 + (1-0,921).154 = 122,2 kg/kmol
Phương trình cân bằng vật chất:



+=
+=
WDF
xWxDxF
WDF

Ta có :

D
= 312,5 kg/h
W
= 1610 kg/h
F = 13,08 kmol/h D = 2,556 kmol/h W =10,52 kmol/h
162.0
=
F
x
9,0=
D
x
0248,0
=
W
x
2.0
=
F
x
921,0=
D
x
0194,0
=
W
x
3. XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ HOÀN LƯU THÍCH HỢP:
3.1. Chỉ số hoàn lưu tối thiểu:
Tỉ số hoàn lưu tối thiểu là chế độ làm việc mà tại đó ứng với số mân lý thuyết là

giá trị Nlt.(R+1). Lần lượt cho các giá trị R và thể tích tháp, ứng với giá trị nào
nhỏ nhất của thể tích tháp thì R đó là tỉ số hoàn lưu tối ưu.
R 12 13 14 15 16 17
số mâm 33 28 27 24 24 23
(Nlt+1)R 408 377 392 375 400 408
Biểu diển trên đồ thị:
Hình 2.3. đồ thị quan hệ thể tích thiết bị và chỉ số hoàn lưu
Theo đồ thị thì tỉ số hồi lưu thích hợp là R=15
4. PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC VÀ SỐ MÂM LÝ THUYẾT:
4.1. Phương trình đường làm việc của đoạn cất:
0575,09375,0
115115
15
11
+=
+
+
+
=
+
+
+
=
x
x
x
R
x
x
R

4.3. Số mâm lý thuyết:
xác định số đĩa lý thuyết:
dựng đường làm việc của tháp bao gồm đường làm việc phần cất và phần chưng.
Trên đồ thị y – x ta lần lượt vẽ các đường bật thang từ đó xác định được số mâm
lý thuyết lấy tròn là 23 mân
từ đồ thị, ta có 23 mâm bao gồm
5. XÁC ĐỊNH SỐ MÂN THỰC TẾ:
có nhiều phương pháp xác định số mâm thực của tháp, ngoại trừ các ảnh
hưởng của thiết kế cơ khí tháp thì ta có thể xác định số mâm thực dựa vào hiệu
suất trung bình:
N
t
= N
lt
/η
tb
Trong đó: N
t
– số đĩa thực tế, N
lt
- số đĩa lý thuyết, η
tb
– hiệu suất trung bình của
thiết bị
η
tb
=
n
nnnn
n

(nhiệt độ đỉnh tháp) = 62
0
C, x
D
= 0,921 suy ra y
D
= 0,96 sử dụng bảng
I.101 trang 91- [1] tra và nội suy các giá trị độ nhớt µ
CHCl3
= 0,387.10
-3
N.s/m
2
,
µ
CCl4
= 0,472.10
-3
N.s/m
2
.
Độ nhớt của hỗn hợp lg µ
hh
= x
D
.lgµ
CHCl3
– (1- x
D
).lg µ

hh
= 2,08.0,316 = 0,82, theo hình IX.11 trang 171 – [1] thì
D
n
= 0,52
Xác định
F
n
, tương tự như trên ta có:
T
F
(nhiệt độ đĩa nhập liệu) = 73
0
C, x
f
= 0,2 suy ra y
D
= 0,265 sử dụng bảng I.101
trang 91 -[1] tra và nội suy các giá trị độ nhớt µ
CHCl3
= 0,384.10
-3
N.s/m
2
, µ
CCl4
=
0,0.51.10
-3
N.s/m

.
1
α
=
2.0
2.01
.
265.01
265.0
−
−
 α. µ
hh
= 1,44.0,496 = 0,714, theo hình IX.11 trang 171[1] thì
D
n
= 0,53
Xác định
w
n
, tương tự như trên ta có:
T
w
(nhiệt độ đĩa dưới cùng) = 77
0
C, x
w
= 0,0248 suy ra y
D
= 0,0335 sử dụng bảng

= 0,491. 10
-3
N.s/m
2
(= 0,491 cP)
Và độ bay hơi tương đối
x
x
y
y
−
−
=
1
.
1
α
=
0248.0
0248.01
.
0335.01
0335.0 −
−
 α. µ
hh
= 1,36.0,491 = 0,668 theo hình IX.11 trang 171[1] thì
D
n
= 0.55

x
).rCCl4
Ở 620C ẩn nhiệt hóa hơi của CHCl3 : 247,6 KJ/kg; CCl4 : 201,9 KJ/kg.
rD = 0,9 x 247 + 0,01 x 201,9 = 243 KJ/kg
Do đó Qnt =312,5. 243,108 (15+1) = 1215000KJ/h.=337,5KJ/s
2. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO THIẾT BỊ GIA NHIỆT DÒNG
NHẬP LIỆU ĐẾN NHIỆT ĐỘ SÔI:
Q
F
=C
F
.F(T
F
- T
Vào
), kW
Nhiệt độ đầu trước khi vào gia nhiệt là 30
0
C; sau khi qua thiết bị gia nhiệt dòng
nhập liệu là 73
0
C.
Nhiệt dung riêng của dòng nhập liệu tra ở nhiệt độ trung bình
5,51
2
3073
=
+
=
t