ĐAMH CƠNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU GVHD : NGUYỄN ĐỨC LAN ANH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA- VŨNG TÀU
Khoa: Công nghệ Hóa & CN Thực phẩm
Bộ môn: CN CHẾ BIẾN DẦU
ĐỒ ÁN MÔN HỌC:
CƠNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Hải
Lê Trung Hiếu
Nguyễn Vi Vủ
Lớp: DH08H2
1. Đầu đề đồ án: Thiết kế tháp chưng cất hỗn hợp Benzen – Toluen
có năng suất 5004kg/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 A3: bản vẽ quy trình công nghệ và bản vẽ chi tiết
thiết bò

I. Đường kính đoạn cất 18
II. Đường kính đoạn chưng 20
III. Trở lực của tháp 22
CHƯƠNG 5 : CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 25
I. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh 25
II. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt nhập liệu 25
III. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị làm nguội sản phẩm đáy 25
IV. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 26
V. Nhiệt lượng cung cấp cho đáy tháp 26
CH ƯƠ NG 6: TÍNH TỐN CƠ KHÍ 27
I. Tính tốn than tháp 27
II. Tính tốn chóp 28
III. Tính tốn đáy nắp thiết bị 29
IV. Bích ghép thân 30
V. Đường kính các ống dẫn – Bích ghép ống dẫn 32
VI. Chân đỡ - tai treo 35
Trang 3
ĐAMH CƠNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU GVHD : NGUYỄN ĐỨC LAN ANH
CHƯƠNG 7 : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHU 38
I. Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh 38
II. Thiết bò đun sôi đáy tháp 43
III. Thiết bò làm nguôïi sản phẩm đỉnh 46
IV. Thiết bò làm nguội sản phẩm đáy 50
V. Thiết bị đun sơi nhập liệu 55
VI. Bồn cao vị 59
VII. Bơm 61
Kết luận 65
Trang 4
ĐAMH CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU GVHD : NGUYỄN ĐỨC LAN ANH
LỜI MỞ ĐẦU

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

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.
Nhượ
c
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 tan tốt trong benzen.Toluen có tính chất dung môi tương tự benzen nhưng
độc tính thấp hơn nhiều, nên ngày nay thường được sử dụng thay benzen làm
dung môi trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp.
Các tính chất vật lí của toluen:
o Khối lượng phân tử : 92,13
o Tỉ trọng (20
o
C) : 0,866
o Nhiệt độ sôi : 111
o
C
o Nhiệt độ nóng chảy : -95
o
C
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
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

của niken như Ni(CO)[(C
6
H
5
)P] sẽ thu được benzen
3C
2
H
2

→
xt

C
6
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
Trang 8
ĐAMH CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU GVHD : NGUYỄN ĐỨC LAN ANH
C
6
H
6
+ CH
3

98,6 95,2 92,1
89,
4
86,
8
84,4 82,3 80,2
Trang 9
ĐAMH CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU GVHD : NGUYỄN ĐỨC LAN ANH
Chương 2 :
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Hỗn hợp Benzen – Toluen có nồng độ Benzen là 40% (phần khối lượng),
nhiệt độ nguyên liệu lúc đầu là 30
0
C 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. 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 (14).
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. 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 toluen sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp có
cấu tử benzen chiếm nhiều nhất (nồng độ 98% 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 của chất lỏng ngưng tụ được hoàn lưu về tháp ở đĩa trên cùng với tỉ số hoàn

 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
 Nhiệt độ nhập liệu: nhập liệu ở trạng thái lỏng sơi
 Chọn:
 Nhiệt độ nhập liệu: t
FV
= 94
o
C
 Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi làm nguội: t
WR
= 35
o
C
 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi vào: t
V
= 30
o
C
 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi ra: t
R
= 40
o

D
=x
D
.M
B
+ (1- x
D
).M
T
= 0,98.78 + (1-0,98).92 = 78.28 kg/kmol
M
W
=x
W
.M
B
+ (1- x
W
).M
T
= 0,01. 78 + (1-0,01).92 =91,86 kg/kmol
Trang 11
ĐAMH CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU GVHD : NGUYỄN ĐỨC LAN ANH
44,0
92
4,01
78
4,0
78
4,0

=
−
+
=
−
+
=
T
W
B
W
B
W
W
M
x
M
x
M
x
x
983,0
92
98,01
78
98,0
78
98,0
1
=

xWxDxF
WDF
+=
+=
Ta có:

hkg
xx
xx
DW
WD
WF
/67,2205
)(
)(
=
−
−
×=

hkgF
hkmolF
hkgW
hkmolW
/67,7209
/45,83
/67,2205
/01,24
=
=

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.
Hình 1: Đồ thò cân bằng pha của hệ Benzen – Toluen tại P = 1atm
Dựa vào hình 1 ta có x
F
= 0,44⇒ y
F
*
= 0,643
Tỉ số hoàn lưu tối thiểu :
44,0643,0
3.64,0983,0
*
*
min
−
−
=
−
−
=
FF
FD
xy
yx

+
+ R
x
x
R
R
D
=
148,2
983,0
148,2
48,2
+
+
+
x
= 0,771.x + 0,284
2 . Phương trình đường làm việc phần chưng:
-Phương trình đường làm việc của phần chưng
y=
x
R
fR
1+
+
-
1
1
+
−

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.
Trang 15
x
y
AMH CễNG NGH CH BIN DU GVHD : NGUYN C LAN ANH
V . XAC ẹềNH SO MAM THệẽC TE:
cú nhiu phng phỏp xỏc nh s mõm thc ca thỏp, ngoi tr cỏc nh hng
ca thit k c khớ thỏp thỡ ta cú th xỏc nh s mõm thc da vo hiu sut
trung bỡnh:
N
t
= N
lt
/
tb
Trong ú: N
t
s a thc t, N
lt
- s a lý thuyt,
tb
hiu sut trung bỡnh
ca thit b



Ta cú: T

(nhit nh thỏp) = 80
0
C, x
D
= 0,983 suy ra y
D
= 0,994 s dng
bng I.101 trang 91 STT1 tra v ni suy cỏc giỏ tr nht à
B
= 0,316.10
-3
N.s/m
2
, à
T
= 0,319.10
-3
N.s/m
2
.
nht ca hn hp lg à
hh
= x
D
.lgà
B
(1- x

= 2,87
. à
hh
= 2,87.0,316 = 0,905, theo hỡnh IX.11 trang 171 thỡ
D
n
= 0,53
- Xỏc nh
F
n
, tng t nh trờn ta cú:
T
F
(nhit a nhp liu) = 94
0
C, x
f
= 0,44 suy ra y
D
= 0,643 s dng bng
I.101 trang 91
[ ]
5
tra v ni suy cỏc giỏ tr nht à
B
= 0,277.10
-3
N.s/m
2
, à

y
y −
−
1
.
1
=
44.0
44.01
.
643.01
643.0 −
−
= 2,29
 α. µ
hh
= 2,29.0,293 = 0,672, theo hình IX.11 trang 171 thì
D
n
= 0,58
- Xác định
w
n
, tương tự như trên ta có:
T
w
(nhiệt độ đĩa dưới cùng) = 110
0
C, x
w

(theo công thức I.12
trang 84
[ ]
5
)  µ
hh
= 0,249. 10
-3
N.s/m
2
(= 0,249 cP)
Và độ bay hơi tương đối α =
x
x
y
y −
−
1
.
1
=
012.0
012.01
.
0365.01
0365.0 −
−
= 3,12
 α. µ
hh

tb
g
)ω.(
0188,0
ω.3600.π
4V
D
tb
tb
t
ρ
==
(m)
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.
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng và đoạn cất khác nhau.Do đó,
đường kính đoạn chưng và đoạn cất cũng khác nhau.
I. Đường kính đoạn cất :
1 . Lượng hơi trung bình đi trong tháp ở đoạn cất :
2
1

Trang 18
ĐAMH CƠNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU GVHD : NGUYỄN ĐỨC LAN ANH





=
+=
+=
dd
D
rgrg
xDxGyg
DGg11
1111
11
(IV.1)
Với:
G
1
: lượng lỏng ở đóa thứ nhất của đoạn cất .
r
1
: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đóa thứ nhất của đoạn cất
r
d

 r
1
= 373,1y
1
- 11,8y
1
kJ/kg
* Tính r
d
: t
D
= 80
o
C , tra bảng I.212, trang 254, [5] ta có :
Ẩn nhiệt hoá hơi của Benzen : r
Bd
= 393,3 kJ/kg.
Ẩn nhiệt hoá hơi của Toluen : r
Td
= 378,3 kJ/kg .
Suy ra : r
D
= r
Bd
.y
D
+ (1-y
D
).r
Td

+

2 . Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp ở đoạn cất :
Vận tốc hơi đi trong tháp ở đoạn cất:
( )
[ ]
ytbxtb
tb
yy
hw
ρρσϕρ
065,0. =
Với : ρ
xtb
: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng kg/m
3
.
ρ
ytb
: khối lượng riêng trung bình của pha hơi kg/m
3
.
h: khoảng cách mâm (chọn h = 0,3 ứng với D = 0,6-1,2m)
Trang 19
ĐAMH CƠNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU GVHD : NGUYỄN ĐỨC LAN ANH
[ ]
σϕ
: hệ số tính đến sức căng bề mặt
• Xác đònh ρ
ytb

1 D
tt +
=
2
5,805,98 +
= 89,5
o
C
Suy ra : ρ
ytb
=2,752 kg/m
3
.
• Xác đònh ρ
xtb
:
Nồng độ phân mol trung bình : x
tb
=
2
DF
xx +
=
2
983,044,0 +
= 0,692
Suy ra :
92).1(.78
.78
tbtb

−
+=
11
ρ
xtb
= 802 kg/m
3
Xác định
[ ]
σϕ
: hệ số tính đến sức căng bề mặt
Ta có:
cmdynmN
hh
TBhh
/7,10/10.7,10
10.5,21
1
10.3,21
1111
3
33
==⇒+=+=
−
−−
σ
σσσ
Với:
B
σ

m
g
tbyy
tb
76,2
33,1
36,28744
.0188,0
)ω.(
0188,0D
t
===
ρ
Tốc độ hơi trung bình đi trong đoạn cất:
( )
sm
w
w
y
tb
yy
y
/483,0
752,2
33,1
.
' ===
ρ
ρ
II. Đường kính đoạn chưng :




==
+=
+=
1111
1
'
1
1
'
1
'
1
'
.'.''.'
'.
rgrgrg
xWygxG
WgG
nn
WW
(IV.2)
Với : G
’
1
: lượng lỏng ở đóa thứ nhất của đoạn chưng .
r’
1

W
+ (1-y
W
).r’
T1
=362,3 kJ/kg
* Tính r
1
: t
1
= t
Fs
= 94
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.
r
1
= r
B1
.y
1
+ (1-y
1
).r

yy
hw
ρρσϕρ
065,0. =
Với : ρ
xtb
: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng kg/m
3
.
ρ
ytb
: khối lượng riêng trung bình của pha hơi kg/m
3
.
h: khoảng cách mâm (chọn h = 0,3 ứng với D = 0,6-1,2m)
[ ]
σϕ
: hệ số tính đến sức căng bề mặt
• Xác đònh ρ
ytb
:
( )
[ ]
( )
273.4,22
273.92.178.
+
−+
=
tb

3
.
• Xác đònh ρ
xtb
:
Nồng độ phân mol trung bình : x
tb
=
2
WF
xx +
=
2
012,044,0 +
= 0,226
Suy ra :
92).1(.78
.78
tbtb
tb
tb
xx
x
x
−+
=
= 18,8 %.
t
tb
=

xtb
xx
ρρρ
−
+=
11
Suy ra: ρ
xtb
= 789 kg/m
3

Xác định
[ ]
σϕ
: hệ số tính đến sức căng bề mặt
Ta có:
cmdynmN
hh
TBhh
/3,10/10.3,10
10.5,21
1
10.8,18
1111
3
33
==⇒+=+=
−
−−
σ

hw
ρρσϕρm
g
tbyy
tb
24,3
38,1
1,40994
.0188,0
)ω.(
0188,0D
t
===
ρ
Tốc độ hơi trung bình đi trong đoạn chưng:
( )
sm
w
w
ytb
tb
yy
y
/466,0
96,2
38,1
.

96,2.3
1,40994.0188,0
.
.0188,0
2
2
2
2
==
tb
yt
tb
D
g
ρ
m/s.
* Chiều cao tháp chưng cất (H) :
H = (N
t
-1)H
đ
, m
Trang 23
ĐAMH CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU GVHD : NGUYỄN ĐỨC LAN ANH
Trong đó N
t
- số đĩa thực tế; H
đ
– khoảng cách giữa các đĩa, m
H = (26-1).0,6=15 m

P∆
k
P
∆
- trở lực đĩa khô, N/m
2
s
P∆
- trở lực đĩa do sức căng bề mặt, N/m
2
t
P
∆
- Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa, N/m
2
 Trở lực của đĩa khô
k
P∆
:
k
P
∆
=
2
.
0
2
w
y
ρ

1
10
1
2
544,04102,0
0
=
+
=
Trang 24
ĐAMH CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU GVHD : NGUYỄN ĐỨC LAN ANH
Suy ra:
k
P
∆
=
2
2
0
2
/75,14709
2
7,47.586,2
.5
2
.
mN
w
y
==

f
- diện tích tiết diện tự do của rãnh.
x
f
= a.b = 5.10 = 50mm
2
với a,b
là bề rộng và chiều cao của rãnh chóp, mm.
Π
- chu vi rãnh chóp,
Π
= 2.
(a+b) = 30mm
Suy ra: d
tđ
=
mmm
f
x
3
10.67,667,6
30
50.4
.4
−
===
Π
Vậy
s
P

N/m,
suy ra
σ
=
3
10.5,10
2
−
=
+
chungcât
σσ
N/m
 Trở lực của chất lỏng trên đĩa
t
P∆
, N/m
2
(trở lực thủy tĩnh)
t
P∆
=






−
2