Đồ án Quá trình-Thiết bị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Thị Thu Huyền
SVTH: Nguyễn Vĩnh Lượng-MSSV: 20190945
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MÔN QUÁ TRÌNH - THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC
HỖN HỢP HAI CẤU TỬ
ACETON-BENZEN
Sinh viên thiết kế: Nguyễn Vĩnh Lượng
Lớp, khóa: Kỹ thuật hóa học 05-K64
Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Thu Huyền
HÀ NỘI 2022
Đồ án Quá trình-Thiết bị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Thị Thu Huyền
SVTH: Nguyễn Vĩnh Lượng-MSSV: 20190945
VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
BỘ MÔN QUÁ TRÌNH – THIẾT BỊ Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
CÔNG NGHỆ HÓA – THỰC PHẨM
NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Họ và tên: Nguyễn Vĩnh Lượng MSSV: 20190945
Lớp: Kỹ thuật Hóa học 05 Khóa: 64
I. Đầu đề thiết kế:
Tính toán và thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp chóp để tách hỗn hợp
hai cấu tử Aceton-Benzen làm việc ở áp suất khí quyển
II. Các số liệu ban đầu:
- Năng suất tính theo hỗn hợp đầu: F = 3,0 (kg/s)
- Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong: + hỗn hợp đầu: aF = 40 (% khối lượng)
+ sản phẩm đỉnh: aP = 97 (% khối lượng)
+ sản phẩm đáy: aW = 2 (% khối lượng)
- Tháp làm việc ở áp suất thường.
- Hỗn hợp đầu vào tháp ở nhiệt độ sôi.
III. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
1. Phần mở đầu
2. Vẽ và thuyết minh sơ đồ công nghệ (bản vẽ A4)
3. Tính toán kỹ thuật thiết bị chính
4. Tính và chọn thiết bị phụ
5. Kết luận
6. Tài liệu tham khảo.
IV. Các bản vẽ
- Bản vẽ dây chuyền công nghệ: khổ A4
- Bản vẽ lắp thiết bị chính: khổ A1
V. Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Thu Huyền
VI. Ngày giao nhiệm vụ: ngày 13 tháng 4 năm 2022
Ngày phải hoàn thành: ngày 27 tháng 6 năm 2022
Phê duyệt của Bộ môn
Ngày 19 tháng 12 năm 2018
Người hướng dẫn
( Họ tên và chữ ký)
Đồ án Quá trình-Thiết bị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Thị Thu Huyền
SVTH: Nguyễn Vĩnh Lượng-MSSV: 20190945
- Nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn chưng: ttbC=72,04 (C)
Nội suy dựa vào bảng 4.2.2 có σAceton = 17,1552 (dyn/cm), σBenzen = 22,2552 (dyn/cm)
- Sức căng bề mặt của hỗn hợp:
1
1tbC tbC
hh A B
aa
−
=+
Ta có atbC=0,21 (phần mol) σhh=20,95 > 20 (dyn/cm) (σ) = 1
3
801,76( / )
xtbC kg m
=
;
3
2,5206( / )
=
ytbC kg m
2
( ) 0,065.1. .801,76.2,5206 2,922 ( / )
y y tbC h h kg m s

==
4.2.2. Tính đường kính đoạn luyện của tháp
- Đường kính đoạn luyện:
0,0188 ( )
()

=tbL
L
y y tbL
g
Dm
[2 – 181]
- Tốc độ hơi trung bình đi trong đoạn luyện:
- Lượng hơi trung bình dòng hơi đi trong đoạn luyện:
5,19( / ) 18684( / )
tbL
g kg s kg h==
18684
0,0188 ( )
2,179
=
L
Dm
h
• Khoảng cách giữa các đĩa h (m) chọn theo đường kính như sau:
D (m)
0 – 0,6
0,6 – 1,2
1,2 – 1,8
> 1,8
h (m)
0,25
0,3 – 0,35
0,35 – 0,45
0,45 – 0,6
Bảng 4.2.3. Bảng chọn giá trị của khoảng cách giữa các đĩa phụ thuộc vào đường kính
tháp chưng luyện [2 – 184]
- Giả thiết đường kính đoạn luyện DL > 1,8m. Chọn h=0,5m. Do đó:
18684
0,0188 2,07( )
2,179 0,5
==
L
Dm
> 1,8(m) (Thỏa mãn giả thiết)
4.2.3. Tính đường kính đoạn chưng của tháp
- Đường kính đoạn chưng:
0,0188 ( )
()

=tbC
C
y y tbC
g
Dm
[2 – 181 – IX.90]
- Tốc độ hơi trung bình đi trong đoạn chưng:
2
( ) 2,922 ( / )

=
y y tbC h kg m s
- Lượng hơi trung bình dòng hơi đi trong đoạn chưng:
5,905( / ) 21258( / )
tbC
g kg s kg h==
Đồ án Quá trình-Thiết bị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Thị Thu Huyền
SVTH: Nguyễn Vĩnh Lượng-MSSV: 20190945
- Giả thiết đường kính đoạn chưng DC > 1,8m. Chọn h=0,5m. Do đó:
21258 21258
0,0188 0,0188 1,91( )
2,922 2,922 0,5
= = = =
CC
D D m
h
> 1,8(m) (Thỏa mãn giả thiết)
- Giả thiết đưa ra là có thể chấp nhận được. Tuy nhiên để thuận tiện cho việc chế tạo,
thiết kế nên đường kính đoạn chưng và đoạn luyện sẽ quy chuẩn về giống nhau nếu không
sai khác quá 20% dựa vào bảng IX.4a. Quan hệ giữa đường kính và khoảng cách giữa các
đĩa [2 – 170] . Quy chuẩn đường kính của tháp D = DL= DC = 2,1 (m) = 2100 (mm).
Khoảng cách giữa các đĩa chóp làm bằng thép h = 0,5 (m) = 500 (mm).
- Tính toán lại vận tốc trung bình dòng hơi đi trong đoạn chưng và đoạn luyện:
• DL = 2,1 (m)
18684
0,0188 2,1 0,6575( / )
()

= = =
L ytbL
y y tbL
D m s
• DC = 2,1 (m)
21258
0,0188 2,1 0,676( / )
()

= = =
C ytbC
y y tbC
D m s
❖ Kiểm tra vận tốc hơi trong tháp:
• Khối lượng riêng trung bình của pha khí (hơi) đi trong tháp (kg/m3)
3
[ . (1 ). ].273 ( / )
22,4.
tb A tb B
ytb
tb
y M y M kg m
T
+−
=
[2 – 183]
- Nhiệt độ làm việc trung bình của tháp
W56,7 79,13 67,915( ) 340,915
22
o
P
tb
tt
T C K
++
= = = =
- Nồng độ làm việc trung bình của cấu tử phân bố trong pha hơi trong tháp:
W0,978 0,027 0,5025
22
P
tb
yy
y++
= = =
(phần mol)
- Thay số: Với MA=58 (kg/kmol), MB=78 (kg/kmol)
3
[0,5025.58 (1 0,5025).78].273 2,43( / )
22,4.340,915
ytb kg m
+−
==
Đồ án Quá trình-Thiết bị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Thị Thu Huyền
SVTH: Nguyễn Vĩnh Lượng-MSSV: 20190945
• Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng đi trong tháp (kg/m3)
1
1tb tb
xtb xtbA xtbB
aa
−
=+
[2 – 183]
Trong đó: + xtb: Khối lượng riêng trung bình của lỏng đi trong tháp (kg/m3)
+ xtbA, xtbB: Khối lượng riêng trung bình của Aceton và Benzen của pha
lỏng lấy theo nhiệt độ trung bình của tháp (kg/m3)
+ atb: Nồng độ phần khối lượng trung bình của Aceton trong tháp
- Nồng độ phần khối lượng trung bình của tháp:
W0,97 0,02 0,495
22
P
tb
aa
a++
= = =
(phần khối lượng)
- Nhiệt độ làm việc trung bình của tháp: ttb=67,915 (C)
- Dựa vào bảng số liệu 4.2.1 sử dụng công thức nội suy xác định được:
xtbA = 735,315 (kg/m3); xtbB = 827,69 (kg/m3)
Thay số:
1 0,495 1 0,495
735,315 827,69
xtb
−
=+
3
779,23( / )
xtb kg m
=
• Tốc độ khối lượng tối đa cho phép của pha hơi tính theo tiết diện ngang của tháp
theo phương pháp Souder-Brown
5
max
W 8,49.10 . . ( ) [6 19]
ytb xtb ytb
C
−
= − −
Trong đó: Wmax: tốc độ tối đa cho phép (kg/m2s)
xtb, ytb: khối lượng riêng trung bình của lỏng và hơi (kg/m3)
C: hệ số tốc độ của Souder-Brown
- Hệ số C có thể tính theo công thức:
22
(36,71 5,456 0,08486 )ln 312,9 37,62 0,5269 [6 19]C T T T T
= + − − + − −
Trong đó: T: khoảng cách giữa các đĩa (inch). Ta có T = 0,5 (m) = 20 (inch)
σ: sức căng bề mặt (dyn/cm)
- Nhiệt độ làm việc trung bình của tháp: ttb=67,915 (C)
Nội suy dựa vào bảng 4.2.2 có σAceton = 17,65 (dyn/cm), σBenzen = 22,75 (dyn/cm)
- Sức căng bề mặt của hỗn hợp:
1
1tb tb
hh A B
aa
−
=+
Với atb = 0,495 (phần khối lượng) σhh = 19,9 (dyn/cm)