ĐAMH Quá Trình và Thiết Bò GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
MỤC LỤC
trang
LỜI MỞ ĐẦU
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN
I . LÝù THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT 3
II . GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU
4
III . CÔNG NGHỆ CHƯNG CẤT HỆ ACID AXETIC– NƯỚC 6
CHƯƠNG II : CÂN BẰNG VẬT CHẤT
I . CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU 8
II . XÁC ĐỊNH SUẤT LƯNG SẢN PHẨM ĐỈNH VÀ SẢN
PHẨM ĐÁY 8
III . XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HOÀN LƯU THÍCH HP 9
IV . PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC – SỐ MÂM LÝ
THUYẾT 9
V . XÁC ĐỊNH SỐ MÂM THỰC TẾ 10
CHƯƠNG III :TÍNH TOÁN –THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT
I . ĐƯỜNG KÍNH THÁP 12
II . MÂM LỖ – TRỞ LỰC CỦA MÂM 15
III . TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CỦA THÁP 19
CHƯƠNG IV : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT-
THIẾT BỊ PHỤ
I . CÁC THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT 27
II. TÍNH BẢO ÔN CỦA THIẾT BỊ 38
III . TÍNH TOÁN BƠM NHẬP LIỆU 39
CHƯƠNG V : GIÁ THÀNH THIẾT BỊ
I . TÍNH SƠ BỘ GIÁ THÀNH CỦA THIẾT BỊ 45
II . KẾT LUẬN 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO
SVTH NGUYỄN BÁ DUY

chưng cất là quá trình trong đó cả dung môi và chất tan đều bay hơi, còn cô đặc là
quá trình trong đó chỉ có dung môi 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 hệ cấu tử thì ta thu được 2
sản phẩm: sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm gồm cấu tử có độ bay hơi lớn (nhiệt độ sôi
nhỏ ), sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé(nhiệt độ sôi lớn) .Đối
với hệ acid axetic - nước sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm nước và một ít acid axetic ,
ngược lại sản phẩm đáy chủ yếu gồm acid axetic và một ít nước.
Các phương pháp chưng cất: được phân loại theo:
• Áp suất làm việc : chưng cất áp suất thấp, áp suất thường và áp suất cao.
Nguyên tắc của phương pháp này là 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 lý làm việc: liên tục, gián đoạn(chưng đơn giản) và liên tục.
* Chưng cất đơn giản(gián đoạn): phương pháp này đïc sử dụng trong các
trường hợp sau:
+ Khi nhiệt độ

sôi của các cấu tử khác xa nhau.
+ 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 hỗn hợp hai cấu tử (dùng thiết bò hoạt động liên tục) là quá trình
được thực hiện liên tục, nghòch dòng, nhều đoạn.
• Phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp: cấp nhiệt trực tiếp bằng hơi nước:
thường được áp dụng trường hợp chất được tách không tan trong nước .
Vậy: đối với hệ acid axetic – Nước, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục
cấp nhiệt gián tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường.
SVTH NGUYỄN BÁ DUY
3

cao.
Hoạt động khá ổn đònh.
Làm việc với chất lỏng
bẩn.
Hiệu suất
cao.
Hoạt động
ổn đònh.
Nhược
điểm:
Hiệu suất
thấp
Thiết bò
nặng.
Độ ổn đònh
kém.
Trở lực khá cao.
Yêu cầu lắp đặt khắt
khe -> lắp đóa thật phẳng
Cấu tạo phức
tạp.
Không làm
việc với chất lỏng
bẩn.
Trở lực lớn.
Nhận xét: tháp mâm xuyên lỗ là trạng thái trung gian giữa tháp chêm và tháp
mâm chóp. Nên ta chọn tháp chưng cất là tháp mâm xuyên lỗ.
Vậy: Chưng cất hệ acid axetic - Nước ta dùng tháp mâm xuyên lỗ hoạt động
liên tục ở áp suất thường, cấp nhiệt gián tiếp ở đáy tháp.
II . GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU :

4
0
c : 1 g / ml
Nhiệt độ nóng chảy : 0
0
C
Nhiệt độ sôi : 100
0
C
Nước là hợp chất chiếm phần lớn trên trái đất (3/4 diện tích trái đất là nước
biển) và rất cần thiết cho sự sống.
Nước là dung môi phân cực mạnh, có khả năng hoà tan nhiều chất và là dung
môi rất quan trọng trong kỹ thuật hóa học.
3 . Hỗn hợp Acid acetic – Nước:
Ta có bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp Acid
acetic - Nước ở 760 mmHg:
x(%phân
mol) 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
y(%phân
mol) 0 9.2 16.7 30.3 42.5 53 62.6 71.6 79.5 86.4 93 100
t(oC) 118.4 115.4 113.8 110.1 107.5 105.8 104.4 103.3 102.1 101.3 100.6 100
SVTH NGUYỄN BÁ DUY
5
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bò GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
III. CÔNG NGHỆ CHƯNG CẤT HỆ ACID ACETIC – NƯỚC:
* Sơ đồ qui trình công nghệ chưng cất hệ Acid acetic – nước:
Chú thích các kí hiệu trong qui trình:
1 . Bồn chứa nguyên liệu.
2 . Bơm.
3 . Bồn cao vò.

lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp có cấu tử nước chiếm nhiều nhất .
Hơi này đi vào thiết bò ngưng tụ (11) và được ngưng tụ hoàn toàn. Một phần chất
lỏng ngưng tụ được trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu trong thiết bò (5) rồi vào bồn
chứa sản phẩm đỉnh (13). Phần còn lại của chất lỏng ngưng tụ đựơc hoàn lưu về
tháp ở đóa trên cùng với tỉ số hoàn lưu tối ưu. Một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp
được bốc hơi, còn lại cấu tử có nhiệt độ sôi cao trong chất lỏng ngày càng tăng.
Cuối cùng, ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng hầu hết là các cấu tử khó bay hơi
acid acetic .
SVTH NGUYỄN BÁ DUY
7
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bò GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
Dung dòch lỏng đáy đi ra khỏi tháp vào nồi đun (12). Trong nồi đun dung dòch
lỏng một phần sẽ bốc hơi cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc, phần còn lại
ra khỏi nồi đun được đưa vào bồn chứa sản phẩm đáy .
CHƯƠNG II : CÂN BẰNG VẬT CHẤT .
I . CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU :
• Năng suất nhập liệu:
(
x
=x
1
*M
1
/(x
1
*M
1
+(1-x
1
)*M

• Khối lượng phân tử của acid axetic và nước : M
A
=60 kg/kmol , M
N
=18 kg/
kmol .
• Chọn :
+ Nhiệt độ nhập liệu : t’
F
=28
o
C .
+ Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau khi làm nguội : t’
D
=35
o
C .
+ Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi trao đổi nhiệt : t’
W
= 35
o
C .
+Trạng thái nhập liệu là trạng thái lỏng sôi .
• Các kí hiệu :
+ G
F
, F : suất lượng nhập liệu tính theo Kg/h , Kmol/h .
+ G
D
, D : suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo Kg/h , Kmol/h .

M
G
=
36.21
86.5025
=235.29 (Kmol/h)
Khối lượng phân tử trung bình dòng sản phẩm đáy :
M
W
=
60).1(.18
WW
xx −+
= 30.6 (Kg/Kmol).
Khối lượng phân tử trung bình dòng sản phẩm đỉnh :
M
D
=
60).1(.18
DD
xx −+
=18.21 (Kg/Kmol).
Giải 2 phương trình (II.1),(II.2)ta có :
SVTH NGUYỄN BÁ DUY
8
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bò GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
D =175.47 (Kmol/h)
W = 59.819 (Kmol/h)
III . XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HOÀN LƯU THÍCH HP :
1 . Tỉ số hoàn lưu tối thiểu:

THUYẾT:
1 . Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất :
y =
1
.
1
.
+
+
+ R
x
x
R
R
D
=
19,2
995,0
.
19,2
9,2
+
+
+
x
=0,7436.x + 0.2551
2 . Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng :
y =
W
x

29.235
=
D
F
= 1.341 : chỉ số nhập liệu .
3 . Số mâm lý thuyết :
Đồ thò xác đònh số mâm lý thuyết
SVTH NGUYỄN BÁ DUY
9
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bò GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
số mâm lý thuyết là N
lt
= 27mâm .20 mâm cất,6 mâm chưng,1 mâm nhập liệu
V . XÁC ĐỊNH SỐ MÂM THỰC TẾ:
Số mâm thực tế tính theo hiệu suất trung bình :
tb
lt
tt
η
N
N =
(st2/170)
trong đó: η
tb
: hiệu suất trung bình của đóa, là một hàm số của độ bay hơi tương
đối và độ nhớt của hỗn hợp lỏng : η = f(α,µ).
N
tt
: số mâm thực tế.
N

* Tại vò trí nhập liệu :
x
F
= 0.92 ta tra đồ thò cân bằng của hệ : y
*
F
= 0.945
t
F
= 100.52
o
C
+
92.0
92.01
.
945.01
945.0
x
x1
y1
y
α
F
F
*
*
F
−
−

-3
(N.s/m
2
) =0,443 (cP)
Suy ra : α
F
. µ
F
= 1.494*0.443 =0.662
Tra tài liệu tham khảo [(tập 2) – trang 171] : η
F
= 0.55
* Tại vò trí mâm đáy :
x
W
= 0.7 ta tra đồ thò cân bằng của hệ : y
*
W
= 0.795
t
W
= 102.1
o
C
+
7.0
7.01
.
795.01
795.0

n
=0.284.10
-3
Ns/m
2
µ
W
=0.443.10
-3
(N.s/m
2
) =0,443 (cP)
Suy ra : α
W
. µ
W
= 1.662*0.443 = 0.736
Tra tài liệu tham khảo [4(tập 2) – trang 171] : η
W
= 0.53
*Tại vò trí mâm đỉnh :
x
D
= 0.995 ta tra đồ thò cân bằng của hệ : y
*
D
= 0.997
t
D
= 100.22

o
C , ,µ
a
= 0.46.10
-3
Ns/m
2
; µ
n
=0.284.10
-3
Ns/m
2
µ
D
=0.443.10
-3
(N.s/m
2
) =0,443 (cP)
Suy ra : α
D
. µ
D
= 1.67*0.443 = 0.74
Tra tài liệu tham khảo [4(tập 2) – trang 171] : η
D
= 0.53
Suy ra: hiệu suất trung bình của tháp :
η

t
)
tbyy
tb
g
)ω.(
0188,0
ω.3600.π
4V
D
tb
tb
t
ρ
==
(m)(t2 tr181)
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 .
1. Đường kính đoạn cất :

1
: Từ hệ phương trình :
SVTH NGUYỄN BÁ DUY
12
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bò GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ





=
+=
+=
dd
D
rgrg
xDxGyg
DGg
..
...
11
1111
11
(III.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

(KJ/kmol)
* Tính r
d
: t
D
= 100.22
o
C , tra tài liệu tham khảo IV (tập 1) ta có :
n nhiệt hoá hơi của nước : r
Nd
= 40512.96 (KJ/kmol) .
n nhiệt hoá hơi của acid : r
ad
= 24195.24(KJ/kmol) .
Suy ra : r
d
= r
Nd
.y
D
+ (1-y
D
).r
ad
=40512.96*0.997 + (1- 0.997)*24195.24
= 40464 (KJ/kmol)
* x
1
= x
F

: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng (Kg/m
3
) .
ρ
ytb
: khối lượng riêng trung bình của pha hơi (Kg/m
3
) .
• Xác đònh ρ
ytb
:
( )
[ ]
( )
273.4,22
273.60.118.
+
−+
=
tb
tbtb
ytb
t
yy
ρ
Với: + Nồng độ phân mol trung bình : y
tb
=
2
1 D

=
2
DF
xx +
=
2
099592.0 +
= 0.4577
Suy ra :
60).1(.18
.18
tbtb
tb
tb
xx
x
x
−+
=
t
tb
= 100.37
o
C , tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)-trang 9], ta có :
ρ
a
=958kg/m
3
ρ
n

631.0*559.1
01.13245
.0188,0
=2.181 (m).
2. Đường kính đoạn chưng :
a . Lượng hơi trung bình đi trong tháp :
2
1
,,
,
gg
g
n
tb
+
=
(Kg/h)
g’
n
: lượng hơi ra khỏi đoạn chưng (Kg/h).
g’
1
: lượng hơi đi vào đoạn chưng (Kg/h).
• Xác đònh g’
n
: g’
n
= g
1
=700.786 (Kmol/h) = 14085.799(Kg/h)

’
1
: lượng lỏng ở đóa thứ nhất của đoạn chưng .
r’
1
: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đóa thứ nhất của đoạn chưng.
* Tính r’
1
: x
W
=0.7 tra đồ thò cân bằng của hệ ta có : y
W
=0.795
Suy ra :M
tbg’
=18.y
W
+(1-y
W
).60=26.61 (Kg/kmol)
t’
1
= t
W
= 102.1
o
C , tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)], ta có :
n nhiệt hoá hơi của nước : r’
N1
= 40512.96 (KJ/kmol) .

* W = 59.819 (Kmol/h)
Giải hệ (III.2) , ta được : x’
1
=0.788_ M
tbG’
=26.9
G
’
1
=804.91 (Kmol/h)
SVTH NGUYỄN BÁ DUY
14
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bò GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
g’
1
= 745.09 (Kmol/h) = 20042.921(Kg/h)
Vậy : g’
tb
=
2
799.14085921.20042 +
=17064.36 (Kg/h)
b . Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :
Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp với mâm xuyên lỗ có ống chảy chuyền :
ytb
xtb
gh
'
'
.05,0'

yy
ρ
Với: + Nồng độ phân mol trung bình :
y’
tb
=
2
1 W
yy +
=
2
795.0939.0 +
=0.867
+ Nhiệt độ trung bình đoạn chưng :t’
tb
=
2
WF
tt +
=
2
1.10252.100 +
=101.31
o
C
Suy ra : ρ’
ytb
=0.768 (Kg/m
3
).

C , tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)-trang 9], ta có :
Khối lượng riêng của nước : ρ’
N
= 958(Kg/m
3
)
Khối lượng riêng của rượu : ρ’
a
= 958(Kg/m
3
)
Suy ra :ρ’
xtb
=
1
'
'1
'
'
−








−
+

Kết luận : hai đường kính đoạn cất và đoạn chưng không chênh lệch nhau quá
lớn nên ta chọn đường kính của toàn tháp là : D
t
= 2.2(m).
Khi đó tốc độ làm việc thực ở :
SVTH NGUYỄN BÁ DUY
15
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bò GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
+ Phần cất : ω
lv
=
==
631.0.2.2
01.13245.0188,0
.
.0188,0
2
2
2
2
ytbt
tb
D
g
ρ
1.533(m/s).
+ Phần chưng :ω’
lv
=
==

=
2
2
008,0
2.2
.1.0.1.0






=








l
t
d
D
=7562.5 lỗ.
2 . Độ giảm áp của pha khí qua một mâm :
Độ giảm áp tổng cộng của pha khí (tính bằng mm.chất lỏng ) là tổng các độ
giảm áp của pha khí qua mâm khô và các độ giảm áp do pha lỏng :
h

k
C
u
g
C
v
h
ρ
ρ
ρ
ρ
..0,51
..2
.
2
2
2
2








=




:hệ số orifice ,phụ thuộc vào tỷ số tổng diện tích lỗ với diện tích mâm và
tỷ số giữa bề dày mâm với đường kính lỗ.
Ta có :
mâm
S
S
lo
∑
=0.1và
lo
mâm
d
δ
=0,6 .Tra tài liệu tham khảo [1 – trang 111] : C
o
=
0,7
SVTH NGUYỄN BÁ DUY
16
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bò GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
• Đối với mâm ở phần cất :
+ Vận tốc pha hơi qua lỗ : u
o
=
1.0
533.1
%10
=
lv
ω



=
k
h
=16.11(mm.chất lỏng).
• Đối với mâm ở phần chưng :
+ Vận tốc pha hơi qua lỗ : u’
o
=
1.0
623.1
%10
'
=
lv
ω
=16.23 (m/s).
+ Khối lượng riêng của pha hơi : ρ’
G
= ρ’
ytb
= 0.768 (Kg/m
3
).
+ Khối lượng riêng của pha lỏng : ρ’
L
= ρ’
xtb
= 958 (Kg/m

chất lỏng trên gờ chảy tràn h
ow
và hệ số hiệu chỉnh theo kinh nghiệm β :
h
l
= β.( h
w
+ h
ow
) , (mm.chất lỏng)
Chọn : + Hệ số hiệu chỉnh : β = 0,6
+ Chiều cao gờ chảy tràn : h
w
= 50 (mm)
Chiều cao tính toán của lớp chất lỏng trên gờ chảy tràn được tính từ phương
trình Francis với gờ chảy tràn phẳng :
3
2
.4.43








=
w
L

o
:góc ở tâm chắn bởi chiều dài đoạn L
w
.
Dùng phương pháp lặp ta được : n
o
= 93
o
12’22”
Suy ra : L
w
= D
t
. sin(n
o
/2) = 1.6 (m).
• Xác đònh q
L
:
SVTH NGUYỄN BÁ DUY
17
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bò GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
• Phần cất :
958.60
785.19.47.175.9.2
.60
..
==
xtb
tb

• Phần chưng :
958.60
98.25*153.774
'.60
).*
'
(
=
+
=
xtb
tb
F
D
L
MR
q
G
G
ρ
=0.336 (m
3
/ph).
• Với :M
tb
=0.81*18+(1-0.81)*60=25.98
Suy ra :
3
2
6.1

L
: khối lượng riêng của pha lỏng (Kg/m
3
).
• Phần cất :
* Khối lượng riêng của pha lỏng : ρ
L
= ρ
xtb
= 958 (Kg/m
3
).
* t
tb
= 100.37
o
C ,tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)], ta có :
+ Sức căng bề mặt của nước : σ
N
= 58.9 (dyn/cm).
+ Sức căng bề mặt của acid : σ
a
= 19.8 (dyn/cm).
Suy ra :Sức căng bề mặt của chất lỏng ở phần cất :
aN
aN
σσ
σσ
σ
+

= 19.8 (dyn/cm).
Suy ra :Sức căng bề mặt của chất lỏng ở phần chưng :
aN
aN
''
'.'
'
σσ
σσ
σ
+
=
= 14.819 (dyn/cm).
SVTH NGUYỄN BÁ DUY
18
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bò GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
Vậy : Độ giảm áp do sức căng bề mặt ở phần chưng là :
008.0.958
10.849.14
.54.625'
3−
=
R
h
= 1.212 (mm.chất lỏng).
Tóm lại : Độ giảm áp tổng cộng của pha khí qua một mâm ở :
+ Phần cất : h
tl
= 16.11+35.956+1.212 = 53.278 (mm.chất lỏng).
hay h

mâm
=0.4 (m).
Bỏ qua sự tạo bọt trong ống chảy chuyền, chiều cao mực chất lỏng trong ống
chảy chuyền của mâm xuyên lỗ được xác đònh theo biểu thức :
h
d
= h
w
+ h
ow
+ h
tl
+ h
d’
, (mm.chất lỏng)
Với : h
d’
: tổn thất thuỷ lực do dòng lỏng chảy từ ống chảy chuyền vào mâm,
được xác đònh theo biểu thức sau :
2
'
.100
.128.0








= 60 . 0.175 =10.5 (m
3
/h).
Suy ra :
2
'
76.2.100
5.10
.128.0






=
d
h
= 0.00018 (mm.chất lỏng).
Vậy : chiều cao mực chất lỏng trong ống chảy chuyền của mâm xuyên lỗ ở
phần cất :
h
d
=50+9.926+53.278+0.00018 =113.204 (mm.chất lỏng).
Kiểm tra : h
d
= 113.204 <
200
2
400

phần chưng :
h’
d
=50+15.333+62.392+0,00068 =127.726 (mm.chất lỏng).
SVTH NGUYỄN BÁ DUY
19