Chủ đề: Thiết kế tháp chưng cấp hệ aceton và nước
hoạt động liên tục 2000 kg/h, có nồng độ 30% khối
lượng aceton, sản phẩm đỉnh có khối lượng 95% khối
lượng aceton, sản phẩm đáy có nồng độ 3% khối lượng
aceton.
NHÓM 12 :
Lớp : 53TP1
1) Nguyễn Thị Bích Ngọc
2) Nguyễn Thị Yến Nhi
3) Đặng Thị Hồng Loan
4) Đặng Thị Trung Trinh
5) Dương Thị Bích Hiền
6) Lê Thị Thanh Nga
MỤC LỤC:
Lời mở đầu
Chương 1: Giới thiệu tổng quan về thiết bị chưng cất hệ aceton- nước……………4
I. Giới thiệu về acetone………………………………………………………………….4
1. Tính chất vật lý……………………………………………………………………4
2. Tính chất hóa học…………………………………………………………………4
II. Chưng cất và thiết bị chưng cất……………………………………………………… 5
III. Quy trình công nghệ chưng cất hỗn hợp Aceton – nước…………………………… 7
1. Sơ đồ quy trình công nghệ chưng cất hỗn hợp Aceton – nước……………… 7
2. Thuyết minh quy trình công nghệ chưng cất hỗn hợp Aceton – nước………… 7
Chương 2: Cân bằng vật chất………………………………………………………….9
I. Cân bằng vật chất………………………………………………………………………9
II. Xác định chỉ số hồi lưu………………………………………………………………12
1. Chỉ số hồi lưu tối thiểu……………………………………………………………12
2. Chỉ số hồi lưu thích hợp………………………………………………………….13
Chương 3: Tính toán thiết bị chính……………………………………………… …15
I.Đường kính tháp…………………………………………………………….……….15
1. Đường kính đoạn cất…………………………………………………………….18

Khối lượng phân tử: 58 đvC
Aceton là chất lỏng sôi 56.1 oC, tan vô hạn trong nước. là dung môi cho nhiều chất hữu
cơ…Nó hòa tan tốt tơ axetat. Nitro-xenluloz, nhựa phenol formandehyte, chất béo….
Aceton là nguyên liệu để tổng hợp thủy tinh hữu cơ.
Từ aceton có thể tổng hợp xeten, sumfonal( thuốc ngủ), các halofom…
2.Tính chất hóa học:
Cộng hợp với natri bisunfit:
Cộng hợp axit HCN:

Phản ứng ngưng tụ:
Aceton khó bị oxy hóa bởi thuốc thử phelin, toluene, HNO3DD, KMnO4…
Chỉ bị oxy hóa bởi hỗn hợp KMnO4 + H2SO4, K2Cr2O7 + H2SO4…
Bị gãy mạch cacbon.
Phản ứng khử hóa:
CH
3
COCH
3
+ H
2
= CH
3
CHOH – CH
3
Điều chế:
Oxy hóa rượu bậc hai:
CH
3
CHOH – CH
3

khác nhau về độ bay hơi của chúng ( hay nhiệt độ sôi ), bằng cách lặp đi lặp lại nhiều lần
quá trình bay hơi – ngưng tụ, trong đó vật chất đi từ pha lỏng vào pha hơi hoặc ngược lại.
Đối với chưng cất ta có hai phương pháp thực hiện:
+Chưng cất đơn giản ( dung thiết bị hoạt động theo chu kỳ) sử dụng trong các
trường hợp sau:
Khi nhiệt độ sôi của các cấu tử khác xa nhau.
Khi không đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao.
Tách hỗn hợp lỏng ra khỏi tạp chất không bay hơi.
Tách sơ bộ hỗn hợp nhiều cấu tử.
+ Chưng cất liên tục hỗn hợp hai cấu tử ( dùng thiết bị hoạt động liên tục) là quá
trình được thực hiện liên tục. nghịch dòng, nhiều đoạn.
Trong trường hợp này, do sản phẩm lad aceton với yêu cầu độ tinh khiết cao và
hỗn hợp aceton – nước là hỗn hợp không có điểm đẳng phí nên chọn phương pháp
chưng cất liên tục là hiệu quả nhất.
Chọn loại tháp chưng cất:
Có rất nhiều loại tháp được sử dụng, nhưng có chung một yêu cầu cơ bản là diện
tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều này phụ thuộc vào độ phân tán của lưu chất
này vào lưu chất kia.
Ta khảo sát hai loại tháp thường dùng là tháp mâm và tháp chem.:
Tháp mâm gồm thân tháp hình trụ, thẳng đứng, phía trong có gắn các mâm có cấu
tạo khác nhau, trên đó pha lỏng và pha hơi được cho tiếp xúc với nhau. Gồm có
mâm chop, mâm xuyên lỗ, mâm van. Thường sử dụng mâm chop.
Tháp chem. Là một loại tháp hình trụ, gồm nhiều đoạn nói với nhau bằng mặt bích
hay hàn. Vật chem. Được đổ đầy trong tháp theo một hay hai phương pháp xếp
ngẫu nhiên hay xếp theo thứ tự.
Chọn loại tháp đệm để thực hiện quá trình chưng cất ưu điểm sau:
-Cấu tạo đơn giản
-Trở lực thấp
Tuy nhiên tháp đệm cũng có nhược điểm là:
-Hiệu suất thấp

= 30% mol
Nồng độ đỉnh: x
D
= 95% mol
Nồng độ dung tích đáy: x
W
= 3% mol
Các ký hiệu: F,
F
: lượng nhập liệu ban đầu (kmol/h) , (kg/h)
D,
D
: lượng sản phẩm đỉnh (kmol/h) , (kg/h)
W,
W
lượng sản phẩm đáy (kmol/h) , (kg/h)
x
F
nồng độ mol acetone trong nhập liệu
x
D
nồng độ mol acetone trong sản phẩm đỉnh
x
W
nồng

độ mol acetone trong sản phẩm đáy
Phương trình cân bằng vật chất:
F = D +W (1)
F. x

tbW
= x
W
.M
1
+ (1-x
W
).M
2
=0,03.58 + (1-0,03).18 =19,2 (kg/kmol)
Suất lượng sản phẩm đỉnh: D= = =35.714(kmol/h).Từ (1) và (2)
Ta có :→
Giải hệ phương trình trên ta được:
Đồ thị cân bằng acetone – nước
Thành phần cân bằng chất lỏng (x)- hơi (y) tính bằng phần % mol và nhiệt độ sôi của hỗn hợp 2
cấu tử ở 760mmHg
x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
y 0 60,3 72 80,3 82,7 84,2 85,5 86,9 88,2 90,4 94,3 100
t 100 77,9 69,6 64,5 62,6 61,6 60,7 59,8 59 58,2 57,5 56,1
Vẽ đồ thị y-x
Đồ thị T-xy
II.Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp:
1. Chỉ số hồi lưu tối thiểu:
Đường cân bằng vẽ theo số liệu thực nghiệm có khoảng lõm nên để xác định R
m
, từ A(0,95;0,95)
vẽ AB tiếp xúc đường cân bằng cắt trục tung tại điểm có tung độ góc là 0,65. Ta có :
m’==0,65→ R
min
=0,462

xi
+1)
0,600 0,594 11,139 7,2834
0,785 0,532 8,595 7,5321
0,878 0,506 5,934 6,0881
0,970 0,482 5,940 6,7318
1,063 0,460 6,313 7,7737
1,155 0,441 5,928 8,0018
Thể tích tháp là V=f . H
f: tiết diện tháp,m
2
H: chiều cao làm việc của tháp, m
Ta biết tiết diện của tháp tỉ lệ thuận với lượng hơi đi trong tháp, mà lượng hơi lại tỉ lệ thuận
với lượng lỏng hồi lưu trong tháp, như vậy tiết diện tháp tỉ lệ với lượng hồi lưu.
Tức là f ~ ( R
x
+1). G
D
Trong một điều kiện làm việc nhất định thì G
D
là hằng số nên f ~ (R
x
+1)
Còn chiều cao tháp tỉ lệ với đơn vị chuyển khối H ~ m
x
, nên cuối cùng ta có thể viết V=f. H
~ m
x
( R
x

x
D
=0,474x+ 0,5
phương trình đường làm việc của phần chưng:
y=
x
R
fR
1+
+
-
x
W
R
f
1
1
+
−
f =
D
F
=
714,35
69,121
→ y= 2,276x- 0,038
CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
I.Đường kính tháp
Đường kính tháp được xây dựng theo công thức: D=
Trong đó: V

khối lượng mol trung bình, khối lượng riêng của pha hơi
M’
m
= y’
m
.M
a
+ (1-y’
m
).M
n
= 49,84( kg/kmol)
'
ρ
y
=
'4,22
.
T
TM
y
om
=1,797 (kg/m
3
)
Khối lượng riêng của pha lỏng
x’
m
= 0,625→
'x

l
lượng hơi đi vào đoạn cất
g
l
= G
L
+G
D
= G
L
+2000
Lượng hơi g
1
, hàm lượng y
1
, lượng lỏng G
1
được xác định theo
(x
1
= x
F
)
r
1
=r
a
.y
a
+(1-y

)/2=3253,69 (kg/h)
Vận tốc hơi đi trong tháp:
ω
s
: tốc độ ban đầu tạo nhũ tương(m/s)
σ
d
: bề mặt riêng của đệm(m
2
/m
3
)
V
d:
thể tích tự do của đệm(m
3
) g: gia tốc trọng trường(m/s
2
)
G
x
, G
y
lượng lỏng và lượng hơi trung bình(kg/h)
ρ
xtb
,
ρ
ytb
khối lượng trung bình của lỏng và của hơi(kh/m

∀

µ
x
=0,2316.10
3
(Ns/m
2
)
G
x
=707,83(kg/h) = 0,2(kg/s)
G
y
=2478,915(kg/h)= 0,689(kg/s)
m
kg
n
3
/1000=
ρ
Lg
w’
s
=6,11(m/s)
Chọn tốc độ làm việc w = 0,85.w
s
’ = 5,19 ( m/s )
Đường kính đoạn cất:
D

m
” = 0,165 ∀ t
x
” = 65
o
C
y
m
” = 0.336 ∀ t
y
” = 88
o
C
Khối lượng mol trung bình và khối lượng riêng pha hơi:
M
m
” = y
m
”. M
axeton
+ (1 - y
m
”) . M
nước
= 0,336 . 58 + (1 – 0.336) . 18 = 31, 44 (Kg/mol)
= = 1,061 (Kg/m
3
)
Khối lượng riêng pha lỏng:
x

1
’, lượng hơi lỏng G
1
’ và hàm lượng lỏng x
1
’ được xác
định theo phương trình cân bằng và cân băng năng lượng:
Ta có hệ 3 phương trình:
G
1
’= g
1
’+
W
G
1
’. x
1
= g
1
’.
w
y
+
W
.
w
x
g
1

’ = r
a
.
w
y
+(1-
w
y
) . r
b
Tại tháp đáy t
w
=85 oC với mọi r
a
=501,89 kj/kg và r
b
=2361,36 kj/kg
r
1
’=501,893. 0,754+2361,355(1- 0.754)=959,32 kj/kg
g
1
’=
32,959
4,1572413
=1639,09 kg/h
G
1
’=1639,69 + 1650,62=3280,71 kg/h
x





−
s
w
=0,125 – 1,75 .
4
1
52,0
799,0






.
8
1
93,869
061,1






t

π
=
29,5.3600.
2350.4
π
=0,4m
V
tb
=2214,89 . 1,061=2350 m
3
/h
⇒
Chọn đường kính D= 500 mm
II. Chiều cao tháp:
1. Chiều cao của tháp đệm:
H=N
1
.h
tđ
+(0,8
÷
1) m
Trong đó: N
1
số đĩa lý thuyết
0,8-1: khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy tháp (m)
h
tđ
: chiều cao tương đương của bậc thay đổi nồng độ, có thể tính theo công thức
sau

w
K
−




























,
khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi (kg/m
3
)
m: hệ số góc cân bằng y= f(x) với mặt phẳng ngang (kg/h)
ta có : K= 176,4 d= 0,342
a= 0,2 e= 0,19
b=-1,2 f= 0,038
c=1
G
x
=(G
1
+G
1
’)/2=(707,83+3289,71)/2=1998,77(kg/h)
G
y
=(g
d
+g
1
’)/2=(3800+1639,09)/2=2719,55(kg/h)
ρ
x
=
2
'''
ρρ
xx

ss
+
==5,24(m/s)
t
0
tblong
=
2
'''
tt
xx
+
=(59+65)/2= 62
0
C
t
0
tbhoi
=
2
'''
tt
yy
+
=(65+88)/2= 76,5
0
C
lgµ
hh
= x

1
=0,03
µ
2(nuoc)
= 0,4578.103(Ns/m
2
), x
2
= 0,97
→lgµ
x
=0,03lg0,227.10
-3
+ 0,97lg0,4578.10
-3
= -3,348
→µ
x
= 0,4483.10
-3
(Ns/m
2
)
t
y
= 76
o
C ∀ = 0,2053 . 10
-3
(Ns/m

+ (0,81) 8 (m)
2. Chiều cao làm việc của tháp:
H’= h
đv
.m
x
(m)
H
đv
: chiều cao của một đơn vị chuyển khối (m)
m
x
: số đơn vị chuyển khối xác định theo nồng độ pha lỏng
m
x
= = 5,9
h
đv
= h
1
+ h
2
Trong đó: h
1
: chiều cao của một đơn vị chuyển khối đối với pha hơi
h
2
: chiều cao của một đơn vị chuyển khối đối với pha lỏng
h
1

3
)
Ψ : hệ số thấm ướt của đệm, nó phụ thuộc vào tỷ số giữa mật độ tưới thực
tế lên tiết diện ngang của thép và mật độ tưới thích hợp, xác định bằng đồ thị
U
t
= : mật độ tưới thực tế (m
3
/m
2
h)
U
th
=B. : mật độ tưới thích hợp (m
3
/m
2
h)
B = 0,065 (m
3
/m.h)
Ở đây: V
x
: lưu lượng thể tích chất lỏng (m
3
/h)
V
x
= = = 2,1176(m
3

y
=
dy
sy
w
δµ
ρ
.
4,0
=
195.10.2116,0
24,5.429,1.4,0
3−
=72,59
Re
x
: Chuẩn số Re pha lỏng
R
x
=
xdt
x
F
G
µδ

.04,0
=
3;
10.4483,0.195.126,6









+
BA
MM
Trong đó:
T=273+76,5= 349,5
0
K
P=1at
M
A
=58 g/mol
M
B
=18 g/mol
V
A
=3.14,8+6.3,7+7.3,4=74 cm
3
/mol
V
B
=18,9 cm

/s = 1,61.10
-5
m
2
/s