Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
Bộ Giáo Dục & Đào Tạo Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam
Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm
  
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Hóa học
Chuyên Ngành : Hóa dầu
1. Tên Đề Tài:
Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục tách 2 cấu tử Acetone – Benzen với
các số liệu sau:
• Năng suất hỗn hợp đầu:
)./(7
3
hmF =
• Nồng độ nhập liệu: (phần khối lượng).
• Nồng độ sản phẩm đỉnh: (Phần khối lượng).
• Nồng độ sản phẩm đáy: (Phần khối lượng).
2. Nhiệm vụ đồ án:
• Cơ sở thiết kế quá trình.
• Xây dựng dây chuyền công nghệ.
• Tính toán cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng.
• Tính toán cơ khí cho thiết bị chính, thiết bị phụ.
3. Các bản vẽ:
 01 Bản vẽ chí tiết thiết bị chính (bản A1/01 bản vẽ tay )
 02 Bản vẽ sơ đồ quy trình công nghệ: 01bản A1, 01 bản A3.
4. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 15/01/2013
5. Ngày bảo vệ và chấm đồ án: 10/05/2013
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TRƯỞNG BỘ MÔN
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn

Tháp chưng cất rất phong phú về kích cỡ và ứng dụng, các loại tháp lớn
thường được ứng dụng cho công nghiệp lọc hóa dầu. Kích thước của tháp: đường
kính tháp và chiều cao tháp tùy thuộc suất lượng pha lỏng, pha khí của tháp và độ
tinh khiết của sản phẩm. Ta khảo sát loại tháp chưng cất dùng cho quá trình là tháp
đĩa lưới.
Cấu tạo tháp: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các mâm có
cấu tạo khác nhau để chia thân tháp thành những đoạn bằng nhau, trên mâm pha
lỏng và pha hơi được cho tiếp xúc với nhau. Tùy theo cấu tạo của đĩa, ta có:
Tháp đĩa lưới: trên mâm bố trí các lỗ hay rãnh, có đường kính (3-12)mm.
-Ưu điểm:
 Hiệu suất tương đối cao.
 Hoạt động khá ổn định.
Trang 4
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
-Nhược điểm:
 Trở lực khá cáo
 Yêu cầu lắp đặt khắt khe  lắp đĩa thật phẳng.
 Không làm việc được với chất lỏng bẩn.
Vậy: Chưng cất hệ Axeton-Benzen ta dùng tháp đĩa lỗ hoạt động liên tục ở áp suất
thường, cấp nhiệt gián tiếp ở đáy tháp.
I.2. Thiết bị phụ
Để đạt được hiệu suất sản phẩm là cao nhất và tiết kiệm được công cụ, máy
móc, không lãng phí kinh tế nhóm chúng em chọn những thiết bị tối ưu cho quá
trình chưng cất Axeton và Benzen.
I.2.1. Thiết bị gia nhiệt
Cũng nhằm mục đích tiết kiệm chi phí lắp đặt (gọn gàng, ít tốn kim loại), dễ
dàng vệ sinh, nhưng phải đáp ứng được các thông số làm việc: hệ số truyền nhiệt,
do nguyên liệu khi đưa vào tháp phải được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi, thiết bị chắc
chắn. Thì thiết bị gia nhiệt kiểu ống chùm đáp ứng được các yêu cầu trên với cấu
tạo gồm có vỏ hình trụ, hai đầu lắp lưới ống, các ống truyền nhiệt được lắp chặt vào

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
Trang 6
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
I. CÂN BẰNG VẬT CHẤT
Gọi:
• F: lưu lượng hỗn hợp đầu, kmol/h; : kg/h
• P: lưu lượng sản phẩm đỉnh, kmol/h; : kg/h
• W: lưu lượng sản phẩm đáy, kmol/h; : kg/h
• : nồng độ hỗn hợp đầu, % khối lượng
• : nồng độ sản phẩm đỉnh, % khối lượng
• : nồng độ sản phẩm đáy, % khối lượng
• : nồng độ hỗn hợp đầu, % mol
• : nồng độ sản phẩm đỉnh, % mol
• : nồng độ sản phẩm đáy, % mol
• : A, M
A
= 58 (đvC)
• Benzen: B, M
B
= 78 (đvC)
I.1. Số liệu ban đầu:
Ta có:
F= 7 (m
3
/h)= 5388,8 (kg/h)

I.2 Tính cân bằng vật chất
Phương trình cân bằng vật liệu của toàn tháp:
(1)
Đối với cấu tử dễ bay hơi:

Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
Bảng thành phần cân bằng lỏng hơi và nhiệt độ sôi của 2 cấu tử ở áp suất 760mmHg
(% mol) (bảng IX.2a/146.II)
x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
y 0 14 24.
3
40 51.2 59.
4
65.5 73 79.5 86.
3
93.
2
100
t
o
80.
1
78.
3
76.
4
72.
8
69.6 66.
7
64.3 62.
4
60.
7
59.6 58.

N(R+1) 184 140 129 127 123 127 131 129
Bảng 3: Bảng số đĩa lý thuyết ứng với b
Đồ thị thể hiện mối liên hệ giữa N(R+1) và R
Từ đồ thị trên ta tìm được giá trị N(R+1) nhỏ nhất tại R=4,13 tương ứng với
b=2. Vậy ta tính được chỉ số hồi lưu thích hợp R=4,13.
Số đĩa lý thuyết đoạn luyện là: 19
Số đĩa lý thuyết đoạn chưng là: 5
II.3. Phương trình đường làm việc của đoạn luyện và đoạn chưng
Để tính toán chưng cất hệ hai cấu tử, ta phải xác định phương trình đường
làm việc đoạn luyện và đoạn chưng.
Ta có: Tỉ số hồi lưu làm việc
Trang 10
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
II.3.1. Phương trình đoạn luyện
II.3.2. Phương trình đoạn chưng
Hai đường làm việc này cắt nhau tại hoành độ x = x
F

Biểu đồ xác định số đĩa lí thuyết
Từ biểu đồ ta có : Số đĩa lí thuyết N : 53
Hệ số b : 1,2
Hệ số hồi lưu R : 2,48
Biểu đồ xác định số đĩa lí thuyết
Từ biểu đồ ta có : Số đĩa lí thuyết N : 36
Hệ số b : 1,4
Hệ số hồi lưu R : 2,89
Trang 11
II.3.3. Biểu đồ xác định số đĩa lý thuyết
Biểu đồ xác định số đĩa lí thuyết
Từ biểu đồ ta có : Số đĩa lí thuyết N : 24

I.101 trang 91 stQTTB I
Nhiệt độ
o
C Độ nhớt Axeton (µ.10
3
Ns/m
2
)
Độ nhớt Benzen (µ.10
3
Ns/m
2
)
t
F
= 67 0,21 0,38
t
P
= 56,4 0,23 0,4
t
W
= 79,4 0,2 0,316
Trang 12
N/η
tb
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
Bảng 4: độ nhớt của Axeton và Benzen theo nhiệt độ
Độ nhớt của hỗn hợp được xác định theo công thức I.12 trng 84 st QTTB I
Do đó ta có:
Như vậy ta có kết quả sau:

(J/h)
Với:
• Gv=3694,4 (kg/h) : lượng hỗn hợp đáy đi vào thiết bị trao đổi nhiệt.
• Cv: nhiệt dung riêng trung bình của hỗn hợp đáy, J/kg.độ
• J/kg.độ
• C
A
=2350 J/kg.độ, C
B
=2015 J/kg.độ: nhiệt dung riêng của Axeton và Benzen
ở 79,4
o
C (bảng I.153 trang 171 st QTTB I)
•
III.1.2. Nhiệt độ của dòng nhập liệu khi qua thiết bị tận dụng nhiệt
t
s
: nhiệt độ sau khi ra khỏi thiết bị
t
đ
= 25
o
C: nhiệt độ đầu của dòng nhập liệu
Qn=368,7.10
6
J/h: nhiệt lượng nhận từ dòng sản phẩm đáy tháp
a = 5%: nhiệt tổn thất
J/kg.độ
Trang 14
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn

nhiệt độ nước ngưng sau khi ra thiết bị gia nhiệt.
III.3. Cân bằng nhiệt lượng cho tháp chưng.
Trang 15
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
III.3.1. Lượng nhiệt do nguồn nhập liệu mang vào
(J/h)
III.3.2. Lượng nhiệt do sản phẩm đỉnh mang ra
Trong đó:
: nhiệt trị của hỗn hợp hơi ở đỉnh tháp, (J/Kg)
: là hàm nhiệt của Axeton và Benzen, (J/Kg)
J/Kg.độ
J/Kg)
(J/Kg.độ)
Mà : (J/Kg.độ)
: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp hơi ra khỏi đỉnh tháp ở nhiệt độ 56,4
Ta có:
: tra bảng I-153/171.I ở nhiệt độ 56,4và bằng nội suy ta có:
: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp ở đỉnh tháp tại nhiệt độ 56,4
: là nồng độ phần khối lượng trong hỗn hợp hơi ở đỉnh tháp
Trang 16
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
:nhiệt hóa hơi của Axeton và Benzen ở 56,4. Tra Bảng: I-213/254.I và bằng phương
pháp nội suy ta có:
J/Kg
J/Kg
=>
J/Kg)
=> 2282,225.56,4 = 651,43. (J/Kg)
Vậy:
= 5,6624. (J/h)

đường kính đoạn chưng và đoạn luyện có thể khác nhau.
Đường kính tháp được tính theo công thức:
D= (m) công thức (IX-89)
: lượng hơi trung bình đi trong tháp (
: vận tốc hơi trng bình đi trong tháp (m/s)
Trang 18
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
IV.1. Đường kính đoạn luyện
IV.1.1. Lưu lượng hơi trung bình trong đoạn luyện
Được tính theo công thức sau:
(IX.91/181.II)
Có thể xem gần đúng bằng trung bình cộng lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên
cùng của tháp và lượng hơi đi vào dưới cùng của đoạn luyện.
: lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện. (kg/h)
: lượng hơi đi ra khỏi tháp ở đĩa trên cùng (kg/h)
(IX.92/181.II)
Với : lượng lỏng hồi lưu, kg/h
: lượng sản phẩm đỉnh (kg/h), (kg/h)
: chỉ số hồi lưu, R = 4,13
(kg/h)
Áp dụng phương trình cân bằng vật liệu, nhiệt lượng cho đĩa thứ nhất của
đoạn luyện:
(IX.93/182.II)
(IX.94/182.II)
(IX.95/182.II)
Với :
: nồng độ của cấu tử nhẹ trong pha hơi của đĩa thứ nhất đoạn luyện.
: hàm lượng lỏng ở đĩa thứ nhất đoạn luyện
( % KL)
Trang 19

Công thức tính toán :
(IX-104a/183.II).
: khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp lỏng trong đoạn luyện
khối lượng rrieng trung bình của axeton và benzen trong pha lỏng lấy theo nhiệt độ
TB (kg/), =61,7
(kg/) bảng 4/11[III]
(kg/) bảng 4/11[III]
0,6525 (Phần khối lượng )
772,99 (kg/)
IV.1.4. Tìm vận tốc hơi trung bình đi trong đoạn luyện :
Tốc độ khí bay hơi trong tháp đĩa lưới được xác định theo công thức :
=0,93(m/s) (IX.111/186[II])
Trang 21
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
Trong đó :
: tốc độ giới hạn trên (m/s)
:là khối lượng riêng của lỏng và hơi, (kg/)
Để tránh tạo bọt ta lấy tốc độ làm việc khoảng 80-90% tốc độ giới hạn.
 Vậy chọn =0,85.0,93=0,7905(m/s)
Vậy đường kính đoạn luyện :
1,24 (m)
IV.2. Đường kính đoạn chưng
IV.2.1. Lưu lượng hơi trung bình đoạn chưng :
Được tính gần đúng bằng trung bình cộng của lượng hơi ta khỏi đoạn chưng
và lượng hơi đi vào đoạn chưng:
2
11
2
1
ggg

=
′′
1
'
111
(2) (IX-99/182.II)
1111
rg
n
r
n
grg
=
′′
=
′′
(3) (IX-100/182.II)
Trong đó:
Trang 22
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
(phần mol) = 0,0425 (phần khối lượng)
: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng, được xác
định theo công thức trang 182.II:
)1(
11
y
B
ry
A
rr

M
tb
y
A
M
tb
y
ytb
−+
=
ρ
(kg/) (IX-102/182.II)
Ta có:
Trang 23
Đồ án môn học Quá trình thiết bị GVHD: Ths. Nguyễn Văn Toàn
T=
: phần mol của axeton trong hỗn hợp hơi ở đoạn chưng
(phần mol)
 (kg/)
Vậy:
(
IV.2.3. Khối lượng riêng trung bình đối với pha lỏng đoạn chưng.
2
1
'1
1
1
'
'
1

: là khối lượng riêng của lỏng và hơi, (kg/)
Để tránh tạo bọt ta lấy tốc đọ làm việc khoảng 80-90% tốc độ giới hạn.
Vậy chọn 0,762 (m/s)
(m)
Do đường kính đoạn chưng và đoạn luyện chênh lệch nhau không quá 10%
nên đồng nhất hai giá trị đường kính về giá trị đường kính chuẩn.
Vậy chọn đường kính tháp là D =1,4 m (theo bảng qui chuẩn cho đường kính
tháp,359.II).
V. Chiều cao tháp chưng luyện:
Chiều cao tháp chưng luyện được tính theo công thức IX-50/168.II
H = N
t
( +δ) + ∆H (m)
: chiều cao của nắp và đáy tháp. Ở đây tháp làm việc ở áp suất thường nên =
(0,8÷1)
Nắp và đáy tháp có dạng hình elip)
: Số đĩa thực tế
: khoảng cách giữa các đĩa (Trang 169/II)
(0,8÷1); khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy thiết bị
: chiều dày của đĩa.
Ở đây ta chọn đĩa lưới làm việc đều đặn chiều dày của đĩa 10mm =0,01
m, thiết diện tự do của đĩa là 12,8%
V.1. Chiều cao đoạn luyện
Chọn theo bảng IX.4a/169 [II]. Đoạn giữa đường kính và khoảng cách các
đĩa. Ở đây đường kính tháp là 1,4m. Ta chọn khoảng cách giữa các đĩa là:
400mm=0,4m.
Trang 25