ĐỒ ÁN CHƯNG CẤT ACETON NƯỚC

Khái niệm Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của một hỗn hợp lỏng cũng như hỗnhợp khí – lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào sự khác nhau về độ bay hơi của chúnghay nhiệ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC



THIẾT KẾ THÁP

CHƯNG CẤT ACETONE – NƯỚC 1800KG NHẬP LIỆU/H

1

Chưng cất Acetone – nước

TP.Hồ Chí Minh, Tháng 12/2014

2

Chưng cất Acetone – nước

MỤC LỤC

4

Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Khái quát về chưng cất

1.1.1 Khái niệm

Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của một hỗn hợp lỏng cũng như hỗnhợp khí – lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào sự khác nhau về độ bay hơi của chúng(hay nhiệt độ sôi khác nhau ở cùng áp suất) bằng cách lặp đi lặp lại nhiều lần quá trìnhbay hơi và ngưng tụ, trong đó vật chất đi từ pha lỏng vào pha hơi và ngược lại

Quá trình chưng cất là quá trình trong đó cả dung môi và chất tan đều bay hơi: sảnphẩm đỉnh gồm có chủ yếu là cấu tử dễ bay hơi và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơithấp hơn, sản phẩm đáy gồm chủ yếu là cấu tử có độ bay hơi nhỏ và một phần rất nhỏ cấu

tử dễ bay hơi hơn

1.1.2 Phương pháp chưng cất

Theo áp suất làm việc:

• Chưng cất ở áp suất thấp: dùng cho các hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao hoặchỗn hợp có nhiệt độ sôi quá cao

• Chưng cất ở áp suất thường

• Chưng cất ở áp suất cao: dùng cho các hỗn hợp không hóa lỏng ở áp suất thường

Theo nguyên lý làm việc:

• Chưng cất đơn giản: dùng để tách các các hỗn hợp gồm nhiều cấu tử có độ bay hơi rấtkhác nhau và không yêu cầu sản phẩm có độ tinh khiết cao

• Chưng bằng hơi nước trực tiếp: dùng để tách hỗn hợp gồm các chất khó bay hơi và tạpchất không bay hơi

• Chưng cất: là phương pháp phổ biến để tách gần như hoàn toàn hỗn hợp cấu tử dễ bayhơi có tính chất hòa tan một phần hoặc hòa tan hoàn toàn vào nhau

1.1.3 Thiết bị chưng cất

Trong chưng cất sử dụng nhiều loại tháp khác nhau nhưng đều có chung một yêu cầu

cơ bản là diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn Tháp chưng cất rất phong phú về kích cỡ

và ứng dụng, kích thước tháp phụ thuộc vào suất lượng pha lỏng, pha khí và độ tinh khiếtcủa sản phẩm

Tháp mâm: là thiết bị chưng cất dạng hình trụ thẳng đứng bên trong có gắn cácmâm có cấu tạo khác nhau trên đó pha lỏng và pha hơi được cho tiếp xúc với nhau Cáctháp mâm có thể là:

• Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh, đường kính lỗ từ 3 – 12 mm, tổngcác lỗ trên mâm chiếm từ 8 – 15% tiết diện của tháp

5

Chưng cất Acetone – nước

• Tháp mâm chóp: trên mâm có gắn các chóp và ống chảy chuyền có nhiều tiết diệnkhác nhau phụ thuộc vào suất lượng pha lỏng

Tháp đệm (tháp chêm): là tháp hình trụ thẳng đứng gồm nhiều bậc nối với nhaubằng mặt bích hay hàn Vật chiêm có nhiều loại khác nhau và được đổ đầy trong tháp theohai cách: ngẫu nhiên hay xếp thứ tự

Bảng1.1: So sánh ưu và nhược điểm của các loại tháp

• Chế tạo đơn giản  Hiệu suất  Chế tạo đơn giản

• Vệ sinh dễ dàng truyền khối cao,  Trở lực thấp Ưu  Trở lực thấp hơn ổn định

• Ít tốn kim loại hơn năng lưnên có ít sợng hơn ố mâm tháp chóp

không đều trên mâm  Khó kiểm soát quá

trình chưng cất theo không gian

tháp

1.2 Giới thiệu về nguyên liệu

Nguyên liệu là hỗn hợp acetone – nước

1.2.1 Acetone

1.2.1.1 Tính chất hóa lý

Acetone (công thức phân tử: CH3COCH3) có khối lượng phân tử bằng 58.08 đvC, làchất lỏng linh động, không màu, dễ cháy và có mùi hăng nồng đặc trưng Nó hòa tan vôhạn trong nước và một số hợp chất hữu cơ như : eter, metanol, etanol, diacetone alcohol,

• Trạng thái vật lý: lỏng  Vị: cay, hơi ngọt

• Khối lượng phân tử: 58.08 g/mol

• Khối lượng riêng: 810 kg/m3

• Tỷ trọng: 0,79

• Nhiệt độ sôi: 56 0C

• Nhiệt độ nóng chảy:

• Độ nhớt: 0.3075 (cP)

• Nhiệt dung riêng CP: 2,195 (KJ/kg.độ)

• Nhiệt hóa hơi: 548,9 (kJ/kg)

• Sức căng bề mặt: (N/m)

• Độ hòa tan: tan hoàn toàn trong nước lạnh, nước nóng

(Các thông số trên được tra từ bảng tra cứu Quá trình cơ học truyền nhiệt – truyền khối)

Acetone cũng được điều chế từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau, chẳng hạn:

• Oxy hóa rượu propanol – 2:

• Thủy phân 2,2 – diclo propan:

• Nhiệt phân muối natriacetate:

• Điều chế từ hợp chất cơ Magie:

Ngoài ra còn nhiều phương pháp khác

7

Chưng cất Acetone – nước

1.2.2 Nước

Ở điều kiện thường nước là chất lỏng không màu, không mùi, là dung môi hòa tantốt các hợp chất phân cực, nặng hơn dung môi hữu cơ, không hòa tan dung môi hữu cơ,…Nước sôi ở 1000C và đông đặc ở 00C

Khối lượng phân tử: 18 (g/mol)

Khối lượng riêng: 1(g/ml)

Nước được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp

2.1 Công nghệ chưng cất hệ acetone – nước

2.1.1 Chọn loại tháp chưng cất và phương pháp chưng cất

Quá trình chưng cất được thực hiện dựa vào nhiều loại tháp có cấu tạo khác nhau,tuy nhiên tùy vào mục đích, hiệu quả chưng cất và điều kiện không gian cũng như điềukiện kinh tế mà ta lựa chọn loại tháp cho phù hợp Qua nghiên cứu, tôi sẽ chọn tháp mâmchóp cho đề tài chưng cất hỗn hợp acetone – nước của mình Tháp mâm chóp có một số

ưu điểm sau:

• Hiệu suất truyền khối cao, ổn định

• Dễ vệ sinh, sữa chữa

• Khối lượng tháp mâm chóp thường nhỏ hơn so với tháp chêm cùng chức năng

• Không yêu cầu lắp đặt cao như tháp mâm xuyên lỗ  Chi phí tháp mâm chópthường rẻ hơn so với tháp đệm

• Tính ổn định cao

• Tháp được thiết kế để giữ một lượng chất lỏng nhất định trên mâm

Acetone là chất lỏng tan vô hạn trong nước và nhiệt độ sôi của nước và acetone làkhá cách xa nhau Tuy nhiên, trong trường hợp này không dùng phương pháp cô đặc vì cảhai cấu tử này đều có khả năng bay hơi và không sử dụng phương pháp trích ly cũng nhưhấp thu do phải đưa vào một pha mới để tách chúng, có thể làm cho quá trình phức tạphơn, hay quá trình tách không được hoàn toàn

8

Do sản phẩm là acetone với yêu cầu độ tinh khiết cao khi sử dụng cùng với hỗnhợp acetone – nước là hỗn hợp không có điểm đẳng phí nên chọn phương pháp chưng cấtliên tục là hiệu quả nhất

2.1.2 Thuyết minh sơ đồ quy trình

Hỗn hợp acetone – nước có nồng độ acetone 25% (theo phần mol), nhiệt độ khoảng

250C tại bình chứa nguyên liệu được bơm lên thùng cao vị và từ đó đưa đến thiết bị gianhiệt Tại đây, hỗn hợp được đun sôi đến nhiệt độ sôi, sau đó được đưa vào tháp chưng cất

ở mâm nhập liệu Trên mâm nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng của đoạn cất củatháp chảy xuống

Trong tháp, hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng từ trên xuống Ở đây có sự tiếp xúc vàtrao đổi năng lượng giữa hai pha cho nhau Nước mất năng lượng ngưng tụ thành phalỏng, acetone nhận năng lượng chuyển sang trạng thái hơi

Nồng độ acetone trong pha lỏng chuyển động trong phần chưng càng xuống dướicàng giảm vì đã bị pha hơi tạo nên từ nồi đun lôi cuốn đi lên phần đỉnh tháp Càng lên cácmâm phía trên, nhiệt độ càng thấp nên khi hơi đi qua các đĩa từ dưới lên có nhiệt độ sôicao hơn là nước sẽ ngưng tụ lại Cuối cùng trên đỉnh tháp thu được hỗn hợp có cấu tửacetone chiếm nhiều nhất (92% theo phần mol)

Hơi ra khỏi tháp đi vào thiết bị ngưng tụ, được ngưng tụ một phần, sau đó đi quathiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh rồi đưa vào bồn chứa sản phẩm đỉnh Phần còn lại củachất lỏng được hoàn lưu lại tháp ở đĩa trên cùng

Ở đáy tháp, dung dịch lỏng gồm cấu tử có nhiệt độ sôi cao hơn là nước ngày càngtăng và một lượng nhỏ acetone (4% mol acetone) Dung dịch lỏng này đi ra khỏi đáy tháp,một phần được đun cho bốc hơi ở nồi đun cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc, phầncòn lại đi qua thiết bị làm nguội đến bồn chứa sản phẩm đáy

Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là acetone, sản phẩm đáy sau khitrao đổi nhiệt được loại bỏ

9

Chưng cất Acetone – nước

Chương 2: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

2.1 Cân bằng vật chất

Các số liệu ban đầu:

• Năng suất nhập liệu: 1800 kg/h

• Nồng độ nhập liệu: 25% phan mol acetone

• Nồng độ sản phẩm đỉnh: 92% phân mol acetone

• Nồng độ sản phẩm đáy: 4% phần mol acetone  Thiết bị hoạt động liên tục ở

áp suất thường Các kí hiệu:  Suất lượng nhập liệu: F (kmol/h)

• Suất lượng sản phẩm đỉnh: D (kmol/h)

• Suất lượng sản phẩm đáy: W (kmol/h)

• Nồng độ phân mol của acetone trong nhập liệu: xF

• Nồng độ phân mol của acetone trong sản phẩm đỉnh: xD

• Nồng độ phân mol của acetone trong sản phẩm đáy: xW

2.1.1 Xác định suất lượng sản phẩm đỉnh và suất lượng sản phẩm đáy

Phương trình cân bằng vật chất của toàn bộ tháp chưng cất:

Tính Mtb:

Suất lượng nhập liệu:

Theo (1) và (2) ta có hệ phương trình:

10

2.1.2 Đồ thị đường cân bằng của acetone – nước

Hình 2.1: Đồ thị đường cân bằng của hỗn hợp acetone – nước

2.1.3 Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp

2.1.3.1 Xác định chỉ số hồi lưu tối thiểu

Trong đó: là nồng độ acetone trong pha hơi cân bằng với nồng độ trong pha lỏng

xF của hỗn hợp đầu

Ta có: Nội suy từ bảng IX.2a/145, [2] ta được:

2.1.3.2 Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp

2.1.4 Phương trình đường nồng độ làm việc

Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng có dạng:

11

Chưng cất Acetone – nước

Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất có dạng:

2.1.5 Xác định số mâm lý thuyết và số mâm thực tế

Kẻ các đường làm việc của phần chưng và phần cất trên cùng đồ thị, ta thu được sốbậc là 5,7 hay ta có số mâm lý thuyết là 6 (mâm)

Hình 2.2: Xác định số mâm lý thuyết

Xác định hiệu suất trung bình của tháp:

12

Với độ bay hơi tương đối :

Trong đó: x, y lần lượt là nồng độ phần mol của acetone trong pha hơi và pha lỏng

Trong đó: : lân lượt là hiệu suất của các bậc thay đổi nồng độ ở vị trímâm đỉnh, mâm nhập liệu và mâm đáy

• Vị trí mâm đỉnh:

Dựa vào bảng IX.2a/145,[2] :

Tra bảng I.101/91 và I.102/95, [1], ta được độ nhớt của acetone

Chưng cất Acetone – nước

Tra bảng I.101/91 và I.102/95, [1] ta được độ nhớt của acetone

và nước:

Tra hình IX.11/171, [2] ta được: (4)

• Vị trí mâm đáy:

Dựa vào bảng IX.2a/145, [2]:

Tra bảng I.101/91 và I.102/95, [1], ta được độ nhớt của acetone

Vậy ta chọn: Số mâm thực tế phần cất: 10 mâm, số mâm thực tế phần chưng: 4mâm, vị trí mâm nhập liệu ở mâm số 4

2.2 Cân bằng năng lượng

2.2.1 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu

• Tính nhiệt lượng do hơi đốt mang vào:

Trong đó: : lượng hơi đốt, kg/h

: ẩn nhiệt hóa hơi, J/kg

: hàm nhiệt (nhiệt lượng riêng) của hơi đốt, J/kg

: nhiệt độ, oC và nhiệt dung riêng của nước ngưng, J/kg.độ

Chọn áp suất vào của hơi đốt (hơi nước) ở 2at Tra bảng 43/40 và bảng 49/43, [4] ta

• Tính nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào:

Trong đó: : lượng hỗn hợp đầu, kg/h

Chọn nhiệt độ đầu của hỗn hợp là Tra bảng I.153/171 ở , [1] tađược:

Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu:

• Tính nhiệt lượng do do hỗn hợp đầu mang ra:

Trong đó: : nhiệt độ hỗn hợp khi ra khỏi thiết bị đun nóng

: nhiệt dung riêng của hỗn hợp khi đi ra, J/kg.độ

Tra bảng I.153/171 ở , [1] ta được:

• Tính nhiệt lượng do nước ngưng mang ra:

Trong đó: : lượng nước ngưng, bằng lượng hơi đốt, kg/h

15

Chưng cất Acetone – nước

• Tính nhiệt lượng mất ra môi trường xung quanh : lấy bằng 5% lượng nhiệttiêu tốn:

• Tính lượng hơi đốt cần thiết để đun nóng dung dịch đầu đến nhiệt độ sôi:

2.2.2 Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng cất

Theo định luật bảo toàn năng lượng, tổng lượng nhiệt mang vào tháp bằng tổnglượng nhiệt mang ra khỏi tháp:

• Tính nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào tháp:

• Tính nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu mang vào:

: lượng lỏng hồi lưu (kg/h)

Trong đó: , : lượng sản phẩm đỉnh và chỉ số hồi lưu

: nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh, J/kg.độ, và nhiệt

độ của chất lỏng hồi lưu oC

Ở nhiệt độ , tra bảng 27/ 27, [4] ta được:

nhiệtlượng do hơi mang ra ở đỉnhtháp:

: là nhiệt lượng riêng của hơi ở đỉnh tháp, J/kg

16

Trong đó: : lần lượt là nhiệt lượng riêng của acetone và nước ở đỉnh tháp, J/kg

: phần khối lượng của acetone ở đỉnh tháp

Tra bảng I.212/ 254 và I.153/171, [1] ở nhiệt độ ta được:

• Tính nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra:

Trong đó: (kg/h): lượng sản phẩm đáy

: nhiệt độ sản phẩm đáy

Tra bảng I.153/171, [1] ở nhiệt độ 82,32 oC ta được:

• Tính nhiệt lượng do nước ngưng mang ra:

Trong đó: : lượng nước ngưng tụ, kg/h

: nhiệt dung riêng, J/kg, và nhiệt độ nước ngưng, oC

• Tính nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh : Lấy bằng 5% so vớilượng nhiệt tiêu tốn ở đáy tháp:

• Tính nhiệt lượng do hơi đốt mang vào tháp:

Trong đó: : lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi dung dịch trong đáy tháp, kg/h

: hàm nhiệt (nhiệt lượng riêng) của hơi đốt, J/kg

: ẩn nhiệt hóa hơi, J/h

17

Chưng cất Acetone – nước

: nhiệt độ oC và nhiệt dung riêng của nước ngưng, J/kg.độ

Dùng hơi nước cung cấp ở áp suất 2 at Tra bảng 43/ 40 và bảng 49/43, [4] ta được ,

Vậy lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi dung dịch ở đáy tháp là:

2.2.3 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ

Trong hệ thống này ta chỉ ngưng tụ hồi lưu:

Trong đó: : ẩn nhiệt nhưng tụ J/kg

: nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ trung bình (t1 + t2)/2, J/kg.độ

t1, t2: nhiệt độ vào và ra của nước làm lạnh

• Chọn nhiệt độ vào và ra của nước làm lạnh: oC; oC

Tra bảng I.153/172, [1] ở nhiệt độ 32,5oC ta được nhiệt dung riêng của nước:

(J/kg.độ)

Nồng độ acetone trong pha hơi:

• Ẩn nhiệt ngưng tụ ở nhiệt độ ( Tra bảng I.212/254, [1]):

Vậy lượng nước lạnh tiêu tốn cần thiết :

18

2.2.4 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh

Nhiệt độ vào của sản phẩm đỉnh:

Chọn nhiệt độ ra của sản phẩm đỉnh:

Chọn nhiệt độ nước làm nguội sản phẩm đỉnh vào và ra

Nhiệt độ trung bình của sản phẩm đỉnh:

Tra bảng I.153/ 171, [1] ở nhiệt độ 43,6 oC ta được:

Vậy lượng nước làm lạnh cần dùng:

14

2.2.5 Cân bằng nhiệt lượng của nồi đun sản phẩm đáy

• Tính nhiệt lượng do hơi đốt mang vào:

Trong đó: : lượng hơi đốt, kg/h

: ẩn nhiệt hóa hơi, J/kg

: nhiệt dung riêng và nhiệt độ nước ngưng

: hàm nhiệt của hơi đốt, J/kg

Chọn áp suất hơi đốt vào ở 2 at

• Tính nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang vào:

Tra bảng I.153/171, [1] ở ta được:

19

Chưng cất Acetone – nước

• Tính nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra:

Chọn nhiệt độ nước ngưng ở 400C:

• Tính nhiệt lượng do nước ngưng mang ra:

• Nhiệt lượng mất ra môi trường xung quanh:

Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 3.1 Kích thước tháp

3.1.1 Đường kính tháp

Trong đó: : lượng hơi trung bình đi trong tháp, kg/h

: tốc độ hơi trung bình đi trong tháp, kg/m2.s

• Xác định khối lượng riêng trung bình của pha lỏng:

Tra bảng I.2/9, [1] ở nhiệt độ ta được:

20

• Xác định khối lượng riêng trung bình của pha hơi:

Trong đó: oK: nhiệt độ tuyệt đối ở áp suất 1 at

: khối lượng mol trung bình của pha hơi, kg/kmol

• Lượng hơi trung bình đi trong đoạn cất:

Lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp:

Lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn cất:

Lượng hơi đi trong đoạn cất , hàm lượng hơi , lượng lỏng đối với đĩa thứnhất của đoạn cất được xác định theo hệ phương trình sau:

Trong đó:

: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn cất

: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi ra khỏi đỉnh tháp

Tại vị trí nhập liệu:

Tra bảng I.212/254, [1] ở nhiệt độ ta được:

Tại vị trí đỉnh tháp:

21

Chưng cất Acetone – nước

Tra bảng I.212/254, [1] ở nhiệt độ ta được:

 Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp:

Trong đó: : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng

: khối lượng riêng trung bình của pha hơi h: khoảng cách mâm, ta chọn

: hệ số tính đến sức căng bề mặt

22

Tra bảng I.242/300, [1] ở nhiệt độ ta được:

Đường kính đoạn cất:

Vậy chọn theo tiêu chuẩn là 0,6 (m)

3.1.1.2 Đường kính đoạn chưng

Nồng độ phần mol trung bình của pha

lỏng:

Nồng độ phần mol trung bình của pha hơi theo phương trình đường làm việc đoạnchưng:

Nhiệt độ trung bình của pha hơi, pha lỏng trong đoạn chưng:

• Xác định khối lượng riêng trung bình của pha lỏng:

Tra bảng I.2/9, [1] ở nhiệt độ ta được:

• Xác định khối lượng riêng trung bình của pha hơi:

Trong đó: oK: nhiệt độ tuyệt đối ở áp suất 1 at

23

Chưng cất Acetone – nước

: khối lượng mol trung bình của pha hơi, kg/kmol

• Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng:

Do lượng hơi ra khỏi đoạn chưng bằng với lượng hơi đi vào đoạn cất nên :

Lượng hơi đi trong đoạn chưng , hàm lượng lỏng , lượng lỏng được xácđịnh theo hệ phương trình sau:

Tại vị trí đáy tháp:

Tra bảng I.212/254, [1] ở nhiệt độ ta được:

• Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp:

Trong đó: : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng

: khối lượng riêng trung bình của pha hơi h: khoảng cách mâm, ta chọn

Xác định : Tra bảng I.242/300, [1] ở nhiệt độ ta được:

24

Đường kính đoạn chưng:

Vậy chọn theo tiêu chuẩn là 0,6 (m)

Vậy chọn

3.1.2 Chiều cao thân tháp

Chiều cao của tháp chưng cất theo công thức:

Trong đó: : số đĩa thực tế

: chiều dày của mâm, chọn Chọn : khoảng cách giữa các mâm (tra bảng Ĩ.4a/169 – Sổ tay QT & TB 2)

: khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy tháp

(m)

Vậy chiều cao thân tháp chưng cất là 6,4 (m)

Chiều cao đáy và nắp thiết bị:

Vậy chiều cao toàn thiết bị là 6,75 (m)

25

Chưng cất Acetone – nước

3.2 Chóp và ống chảy chuyền

Hình 3.1: Hình vẽ chóp

Chọn đường kính ống hơi

Số chóp phân bố trên đĩa:

Chiều cao của chóp phía trên ống dẫn hơi:

Đường kính chóp: , chọn chiều dày chóp

Chọn khoảng cách từ mặt đĩa đến chân chóp chiều cao mức chấtlỏng trên khe chóp

Bước tối thiểu của chóp trên đĩa:

: khoảng cách giữa các chóp

Khoảng cách từ đĩa đến chân ống chảy chuyền:

Trong đó: : chiều cao mức chất lỏng bên trên ống chảy chuyền:

3.2.1 Phần cất

• Chiều cao khe chóp:

26

Chọn hệ số trở lực của đĩa chóp:

Lưu lượng hơi trong tháp:

Chọn chiều rộng khe chóp khoảng cách giữa các khe

• Số lượng khe hở của mỗi chóp:

Lưu lượng lỏng trung bình đi trong tháp:

Chọn số ống chảy chuyền: , tốc độ chất lỏng trong ống chảy chuyền:

• Đường kính ống chảy chuyền:

Khoảng cách từ đĩa đến chân ống chảy chuyền:

Chọn

3.2.2 Phần chưng

• Chiều cao khe chóp:

Chọn hệ số trở lực của đĩa chóp:

Lưu lượng hơi trong tháp:

Chọn chiều rộng khe chóp khoảng cách giữa các khe

• Số lượng khe hở của mỗi chóp:

27

Chưng cất Acetone – nước

Lưu lượng lỏng trung bình đi trong tháp:

Chọn số ống chảy chuyền: , tốc độ chất lỏng trong ống chảy chuyền:

• Đường kính ống chảy chuyền:

Khoảng cách từ đĩa đến chân ống chảy chuyền:

Chọn Chiều cao lớp chất lỏng trên mâm:

Chọn khoảng cách từ mép dưới của chóp đến mép dưới của khe chóp

, chọn khoảng cách từ mặt đĩa đến chân chóp

• Tiết diện ống hơi:

• Tiết diện hình vành khăn:

• Tiết diện lỗ mở trên ống hơi:

(hợp lý) 

Lỗ tháo lỏng:

Tiết diện cắt ngang của tháp:

Cứ 1 lỗ tháo lỏng Tổng diện tích lỗ tháo lỏng trên một mâm:

Chọn đường kính lỗ tháo lỏng là Số lỗ tháo lỏng trên 1 mâmlà:

• Kiểm tra khoảng cách giữa các mâm:

28

, : khối lượng trung bình pha hơi và pha lỏng

Vận tốc pha hơi trung bình đi trong tháp:

Vậy khoảng cách giữa 2 mâm là 0,4 (m) là hợp lý

• Độ mở lỗ chóp:

• Chiều cao mực chất lỏng trên gờ chảy tràn:

Lưu lượng pha lỏng trong phần cất:

Lưu lượng pha lỏng trong phần chưng:

29

Chưng cất Acetone – nước

Lưu lượng chất lỏng trung bình trong tháp:

Chiều dài gờ chảy tràn:

Tra đồ thị 5.9/110, [3]

• Gradient chiều cao mực chất lỏng trên mâm:

Chiều rộng ống chảy chuyền:

Diện tích ống chảy chuyền:

Khoảng cách giữa hai ống chảy chuyền:

Diện tích giữa hai ống chảy chuyền:

Chiều rộng trung bình của mâm:

Hệ số điều chỉnh tốc độ pha khí phụ thuộc vào 2 giá trị sau:

Tra đồ thị 5.10/111, [3] được

Tra hình 5.44a/112, [3] với

Ta được Số hàng chóp

• Chiều cao gờ chảy tràn :

Độ giảm

áp do ma sát và biến đổi vận tốc pha khí thổi qua chóp khi không có chất lỏng:

30

Theo hình 5.16/115, [3] được

Vậy mâm ổn định

• Độ giảm áp của pha khí qua một mâm ht:

Chiều cao thủy tĩnh lớp chất lỏng trên lỗ chóp gờ chảy tràn:

Độ giảm áp của pha khí qua một mâm:

Chiều cao lớp chất lỏng không bọt trên ống chảy chuyền:

Tổn thất thủy lực do dòng lỏng chảy từ ống chảy chuyền vào mâm:

Khoảng cách giữa mép dưới ống chảy chuyền và mâm: (Chọn khoảng cách méptrên gờ chảy tràn và mép dưới ống chảy chuyền là 12,5 mm)

Tiết diện giữa ống chảy chuyền và mâm dưới:

Để đảm bảo tháp không bị ngập lụt khi hoạt động, ta có:

Chất lỏng chảy vào ống chảy chuyền:

Khoảng cách rơi tự do trong ống chảy chuyền:

31

Chưng cất Acetone – nước

Vậy chất lỏng chảy đều và không va đập vào thân tháp

3.3 Tính chi tiết ống dẫn

3.3.1 Ống dẫn hơi vào thiết bị ngưng tụ

Với : lưu lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp:

Với

v: vận tốc hơi đi qua ống Chọn

Chọn Tra sổ tay QT & TB 2 – bảng XIII – 32/434, chọn chiều dàiđoạn ống

3.3.2 Ống dẫn dòng chảy hoàn lưu

Lượng hoàn lưu:

Chọn

Chọn Tra bảng XIII – 32/434, [2] chọn chiều dài đoạn ống

32