Do an chung cat ben hoa

TRƢỜNG 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 THIẾT BỊ CHƢNG LUYỆN LIÊN TỤC
HỖN HỢP HAI CẤU TỬ
CACBON DISULFUA – CACBON TETRACLORUA
Ngƣời thiết kế : Nguyễn Minh Đạt
Lớp, khóa : Kĩ thuật hóa học 1 – K60
Ngƣời hƣớng dẫn : GS. TS. Nguyễn Hữu Tùng
HÀ NỘI 2018

VIỆN KỸ THUẬT HOÁ HỌC
BỘ MÔN QUÁ TRÌNH – THIẾT BỊ CÔNG
NGHỆ HOÁ HỌC VÀ THỰC PHẨM
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
___________________
NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Họ và tên: Nguyễn Minh Đạt MSSV: 20150846
Lớp: Công nghệ Xenluloza-Giấy Khóa : K60
I. Đầu đề thiết kế:
Tính toán, thiết kế hệ thống chƣng luyện liên tục làm việc ở áp suất khí quyển để
tách hỗn hợp hai cấu tử CS2 – CCl4.
Loại tháp: tháp chƣng luyện loại đĩa chóp.
II. Các số liệu ban đầu:
- Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu: F = 6.0 (kg/s)
- Nồng độ tính theo cấu tử dễ bay hơi:
+ Hỗn hợp đầu : aF = 37 (% khối lƣợng)
+ Sản phẩm đỉnh : aP = 97,5 (% khối lƣợng)
+ Sản phẩm đáy : aW = 0,5 (% khối lƣợng)
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 hƣớng dẫn: GS. TS. Nguyễn Hữu Tùng
VI. Ngày giao nhiệm vụ: ngày 18 tháng 9 năm 2018
VI. Ngày phải hoàn thành: ngày 21 tháng 12 năm 2018
Phê duyệt của Bộ môn Ngày tháng năm
Ngƣời hƣớng dẫn
( Họ tên và chữ ký)

Đồ án Quá trình-Thiết bị trong CNHH-TP GVHD: GS.TS.Nguyễn Hữu Tùng
SVTH: Nguyễn Minh Đạt - MSSV: 20150846 Trang - 3 -
MỤC LỤC
MỤC LỤC..................................................................................................................- 3 -
PHẦN 1. MỞ ĐẦU................................................................................................- 7 -
PHẦN 2. SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ ...........................................................................- 9 -
2.1. Sơ đồ công nghệ, chú thích: ......................................................................- 9 -
2.2. Thuyết minh sơ đồ công nghệ ...................................................................- 9 -
PHẦN 3. BẢN KÊ CÁC KÍ HIỆU VÀ ĐẠI LƢỢNG........................................- 12 -
3.1. Các kí hiệu và đại lƣợng..........................................................................- 12 -
3.2. Các chỉ số dƣới ........................................................................................- 13 -
PHẦN 4. TÍNH TOÁN KỸ THUẬT THIẾT BỊ CHÍNH ...................................- 14 -
4.1. Tính cân bằng vật liệu .............................................................................- 14 -
Chuyển đổi nồng độ.................................................................................- 14 -4.1.1.
Xác định chỉ số hồi lƣu Rth ......................................................................- 14 -4.1.2.
Biểu diễn đƣờng cân bằng pha lỏng – hơi...............................................- 14 -4.1.2.1.
Xác định chỉ số hồi lƣu nhỏ nhất Rmin .....................................................- 17 -4.1.2.2.
Xác định số đĩa lí thuyết nhỏ nhất NLTmin................................................- 19 -4.1.2.3.
Xác định chỉ số hồi lƣu thích hợp Rth......................................................- 20 -4.1.2.4.
Tính cân bằng vật liệu của đoạn chƣng và đoạn luyện để xác định lƣu lƣợng4.1.3.
các dòng pha đi trong từng đoạn của tháp................................................................- 23 -
Giải cân bằng vật liệu toàn tháp chƣng luyện .........................................- 23 -4.1.3.1.
Tính toán lƣu lƣợng các dòng pha đi trong từng đoạn tháp ....................- 25 -4.1.3.2.
4.2. Xác định đƣờng kính của tháp chƣng luyện............................................- 28 -
Xác định tốc độ làm việc của pha hơi trong đoạn chƣng, đoạn luyện ....- 28 -4.2.1.
Khối lƣợng riêng trung bình....................................................................- 28 -4.2.1.1.
Tốc độ khí (hơi) trung bình đi trong đoạn luyện của tháp chóp..............- 30 -4.2.1.2.
Tốc độ hơi trung bình đi trong đoạn chƣng của tháp chóp......................- 30 -4.2.1.3.
Tính đƣờng kính đoạn luyện của tháp.....................................................- 31 -4.2.2.
Tính đƣờng kính đoạn chƣng của tháp....................................................- 31 -4.2.3.
4.3. Xác định chiều cao của tháp chƣng luyện...............................................- 32 -
Xác định số đĩa lí thuyết dựa vào đồ thị Mc Cabe – Thiesel ..................- 33 -4.3.1.
Xác định số đĩa thực tế dựa trên hiệu suất trung bình.............................- 34 -4.3.2.
Chiều cao của tháp chƣng luyện..............................................................- 35 -4.3.3.
4.4. Cân bằng nhiệt lƣợng của tháp chƣng luyện ...........................................- 36 -
Cân bằng nhiệt lƣợng của hỗn thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu:...............- 36 -4.4.1.
Nhiệt lƣợng hơi đốt mang vào.................................................................- 36 -4.4.1.1.
Nhiệt lƣợng do hỗn hợp đầu mang vào ...................................................- 36 -4.4.1.2.

Nhiệt lƣợng do hỗn hợp đầu mang ra......................................................- 37 -4.4.1.3.
Nhiệt lƣợng do nƣớc ngƣng mang ra.......................................................- 37 -4.4.1.4.
Nhiệt lƣợng do môi trƣờng xung quanh lấy ............................................- 37 -4.4.1.5.
Cân bằng nhiệt lƣợng của tháp chƣng luyện ...........................................- 38 -4.4.2.
Nhiệt lƣợng do hỗn hợp đầu mang vào ...................................................- 38 -4.4.2.1.
Nhiệt lƣợng do hơi đốt mang vào đáy tháp .............................................- 38 -4.4.2.2.
Nhiệt lƣợng do lƣợng lỏng hồi lƣu mang vào .........................................- 39 -4.4.2.3.
Nhiệt lƣợng do hơi mang ra ở đỉnh tháp .................................................- 39 -4.4.2.4.
Nhiệt lƣợng do sản phẩm đáy mang ra....................................................- 40 -4.4.2.5.
Nhiệt lƣợng do nƣớc ngƣng mang ra.......................................................- 40 -4.4.2.6.
Nhiệt lƣợng do môi trƣờng xung quanh lấy ............................................- 40 -4.4.2.7.
Kiểm tra đƣờng kính thiết kế của tháp ....................................................- 41 -4.4.2.8.
Cân bằng nhiệt lƣợng của thiết bị ngƣng tụ ............................................- 41 -4.4.3.
Nếu chỉ ngƣng tụ hồi lƣu.........................................................................- 41 -4.4.3.1.
Nếu ngƣng tụ hoàn toàn...........................................................................- 42 -4.4.3.2.
Cân bằng nhiệt lƣợng của thiết bị làm lạnh.............................................- 42 -4.4.4.
Nếu trong thiết bị ngƣng tụ chỉ ngƣng tụ lƣợng hồi lƣu .........................- 42 -4.4.4.1.
Nếu đã ngƣng tụ hoàn toàn trong thiết bị ngƣng tụ.................................- 42 -4.4.4.2.
4.5. Tính cơ khí...............................................................................................- 42 -
Tính và chọn đƣờng kính của các ống nối...............................................- 43 -4.5.1.
Ống dẫn nhập liệu đầu.............................................................................- 43 -4.5.1.1.
Ống tháo sản phẩm đáy ...........................................................................- 44 -4.5.1.2.
Ống dẫn lấy sản phẩm đỉnh .....................................................................- 44 -4.5.1.3.
Ống dẫn hồi lƣu lỏng từ thiết bị ngƣng tụ về tháp ..................................- 45 -4.5.1.4.
Ống dẫn hồi lƣu hơi ở đáy tháp ...............................................................- 45 -4.5.1.5.
Tính chiều dày thành tháp, đáy tháp và nắp tháp ....................................- 46 -4.5.2.
Tính chiều dày thân tháp .........................................................................- 46 -4.5.2.1.
Tính đáy và nắp thiết bị...........................................................................- 49 -4.5.2.2.
Chọn bích nối giữa thân tháp với đáy và nắp tháp, với các ống nối ... ...- 51 -4.5.3.
Chọn bích nối giữa thân tháp với đáy và nắp tháp..................................- 51 -4.5.3.1.
Chọn bích nối giữa thân tháp với các ống dẫn ........................................- 52 -4.5.3.2.
Lắp kính quan sát.....................................................................................- 53 -4.5.3.3.
Tính và chọn (tra cứu) kết cấu đĩa chóp ..................................................- 54 -4.5.4.
Tính, chọn các thông số của chóp ...........................................................- 54 -4.5.4.1.
Tra cứu, tính chọn các đặc trƣng kĩ thuật của đĩa chóp...........................- 57 -4.5.4.2.
Tính và chọn các cơ cấu đỡ tháp (trụ đỡ, chân đỡ, tai treo ...)................- 58 -4.5.5.
Tính tải trọng của tháp khi làm việc........................................................- 58 -4.5.5.1.

Tính chiều dày của trụ đỡ........................................................................- 63 -4.5.5.2.
Vòng chịu tải ở đáy trụ đỡ và các bu-lông định vị..................................- 64 -4.5.5.3.
4.6. Tính trở lực của tháp chƣng luyện...........................................................- 65 -
Trở lực của đĩa khô ΔPk:..........................................................................- 66 -4.6.1.
Trở lực của đĩa khô trên đoạn luyện........................................................- 66 -4.6.1.1.
Trở lực của đĩa khô trên đoạn chƣng.......................................................- 67 -4.6.1.2.
Trở lực do lớp chất lỏng không chứa khí trên đĩa tạo ra ΔPL:.................- 67 -4.6.2.
Trở lực do lớp chất lỏng không chứa khí trên đĩa đoạn luyện ................- 68 -4.6.2.1.
Trở lực do lớp chất lỏng không chứa khí trên đĩa đoạn chƣng ...............- 68 -4.6.2.2.
Trở lực tổng cộng của tháp chƣng luyện.................................................- 69 -4.6.3.
Tính, kiểm tra tải trọng của ngƣỡng chảy tràn ........................................- 69 -4.6.4.
Tính, kiểm tra hoạt động của kênh chảy truyền chất lỏng ......................- 70 -4.6.5.
PHẦN 5. TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ ....................- 71 -
5.1. Tính toán thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu..................................................- 71 -
Tính lƣợng nhiệt trao đổi.........................................................................- 71 -5.1.1.
Xác định động lực quá trình truyền nhiệt................................................- 71 -5.1.1.1.
Lƣợng nhiệt trao đổi ................................................................................- 72 -5.1.1.2.
Xác định hệ số truyền nhiệt K .................................................................- 72 -5.1.2.
Xác định hệ số cấp nhiệt α2 .....................................................................- 73 -5.1.2.1.
Xác định tổng trở nhiệt của thành ống Σr................................................- 75 -5.1.2.2.
Xác định hệ số cấp nhiệt của hơi nƣớc bão hòa α1..................................- 75 -5.1.2.3.
Xác định hệ số truyền nhiệt K .................................................................- 76 -5.1.2.4.
Xác định diện tích bề mặt truyền nhiệt....................................................- 76 -5.1.3.
Xác định số ống, cách sắp xếp ống trong thiết bị trao đổi nhiệt .............- 76 -5.1.4.
Tính lại vận tốc và chia ngăn trong thiết bị.............................................- 77 -5.1.5.
Đƣờng kính trong của thiết bị..................................................................- 77 -5.1.6.
5.2. Tính bơm .................................................................................................- 77 -
Áp suất toàn phần Δp...............................................................................- 78 -5.2.1.
Áp suất động lực học...............................................................................- 79 -5.2.1.1.
Áp suất để khắc phục trở lực do ma sát trên đƣờng ống thẳng ...............- 79 -5.2.1.2.
Áp suất để khắc phục trở lực cục bộ........................................................- 80 -5.2.1.3.
Áp suất để khắc phục áp suất thủy tĩnh ...................................................- 81 -5.2.1.4.
Áp suất để khắc phục trở lực trong thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu .........- 81 -5.2.1.5.
Áp suất toàn phần ....................................................................................- 83 -5.2.1.6.
Tính toán các thông số của bơm li tâm....................................................- 83 -5.2.2.
5.3. Tính toán thiết bị ngƣng tụ hồi lƣu..........................................................- 84 -
Tính lƣợng nhiệt trao đổi.........................................................................- 85 -5.3.1.

Xác định động lực quá trình truyền nhiệt................................................- 85 -5.3.1.1.
Lƣợng nhiệt trao đổi ................................................................................- 85 -5.3.1.2.
Xác định hệ số truyền nhiệt K .................................................................- 85 -5.3.2.
Xác định hệ số cấp nhiệt α2 .....................................................................- 86 -5.3.2.1.
Xác định tổng trở nhiệt của thành ống Σr................................................- 87 -5.3.2.2.
Xác định hệ số cấp nhiệt của hơi sản phẩm đỉnh α1 ................................- 88 -5.3.2.3.
Xác định hệ số truyền nhiệt K .................................................................- 88 -5.3.2.4.
Xác định diện tích bề mặt truyền nhiệt....................................................- 88 -5.3.3.
Xác định số ống, cách sắp xếp ống trong thiết bị trao đổi nhiệt .............- 89 -5.3.4.
Đƣờng kính trong của thiết bị..................................................................- 89 -5.3.5.
PHẦN 6. KẾT LUẬN..........................................................................................- 90 -
PHẦN 7. PHỤ LỤC.............................................................................................- 91 -
PHẦN 8. TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................- 93 -

PHẦN 1. MỞ ĐẦU
Đồ án này nhằm giúp sinh viên biết vận dụng các kiến thức của môn học “Quá
trình và thiết bị công nghệ hóa học” và các môn học khác vào việc tính toán và thiết kế
thiết bị chính và một số thiết bị phụ trong hệ thống. Các kĩ năng sử dụng tài liệu tham
khảo (tìm, đọc, tra cứu, ghi chép, sắp xếp ...), cùng các kĩ năng tính toán trình bày kết
quả, vận dụng các quy định để hoàn thiện bản vẽ kĩ thuật cũng đƣợc trau dồi. Từ đó
giúp sinh viên nhìn nhận các vấn đề nói chung một cách có hệ thống và đặc biệt hiểu
sâu sắc hơn các nội dung trình bày trong đồ án để bổ sung các kiến thức, cải thiện các
kĩ năng phục vụ cho công việc của một kĩ sƣ tƣơng lai.
Nhiệm vụ của đồ án là tính toán và thiết kế tháp chƣng luyện loại đĩa chóp làm
việc liên tục ở áp suất khí quyển tách hỗn hợp gồm hai cấu tử CS2 (cacbon tetraclorua)
– CCl4(cacbon disunfua), với các yêu cầu: năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu: F =
6.0 (kg/s); nồng độ tính theo cấu tử dễ bay hơi trong: hỗn hợp đầu aF = 37 (% khối
lƣợng), sản phẩm đỉnh aP = 97,5 (% khối lƣợng); sản phẩm đáy aW = 0,5 (% khối
lƣợng). Trƣớc thập niên 1950, CCl4 đƣợc điều chế bằng cách clo hóa CS2 ở nhiệt độ
105-1300
C theo phản ứng: CS2 + 3Cl2 → CCl4 + S2Cl2 nên việc chƣng tách hỗn hợp
này là rất cần thiết. Hỗn hợp hai cấu tử ở dạng lỏng tan lẫn vào nhau có nhiệt độ sôi
cách xa nhau. CS2 có nhiệt độ sôi là 46,30
C, rất độc là dung môi rất tốt cho nhiều chất
nhƣ brom, iot, lƣu huỳnh, photpho, chất béo, cao su, nhựa ... Trên thực tế phần lớn CS2
đƣợc sản xuất dùng trong công nghiệp sợi (sản xuất tơ visco) và làm dung môi hoặc
chất chiết. CCl4 nhiệt độ sôi là 76,80
C cũng có rất nhiều ứng dụng. Đầu thế kỷ XX,
CCl4 đƣợc sử dụng rộng rãi làm dung môi tẩy rửa khô, làm chất làm đông lạnh hay dập
lửa. Tuy nhiên, do phơi nhiễm CCl4 có ảnh hƣởng nghiêm trọng tới sức khỏe nên từ
khoảng những năm 1940 trở đi tetracloroethylen bắt đầu đƣợc sử dụng làm chất thay
thế an toàn. CCl4 còn đƣợc dùng làm thuốc trừ sâu bọ, nhƣng cũng đã bị cấm tại Hoa
Kỳ từ năm 1970. Trƣớc khi có nghị định thƣ Montreal, một lƣợng lớn CCl4 đã đƣợc sử
dụng để sản xuất các chất làm lạnh, tuy nhiên chúng lại gây suy giảm ôzôn nên dần bị
loại bỏ.
Chƣng cất là phƣơng pháp dùng để tách các hỗn hợp lỏng cũng nhƣ các hỗn
hợp khí – lỏng thành các cấu tử riêng biệt, dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu
tử trong hỗn hợp. Hỗn hợp này có bao nhiêu cấu tử ta sẽ thu đƣợc bấy nhiêu sản phẩm.
Có nhiều biện pháp chƣng cất khác nhau nhƣ chƣng cất gián đoạn, chƣng cất liên tục,
chƣng cất đơn giản, chƣng cất đặc biệt. Trong đó, chƣng luyện là phƣơng pháp chƣng
phổ biến nhất đang đƣợc ứng dụng rộng rãi trong thực tế và đem lại hiệu quả kinh tế
cao. Phƣơng pháp chƣng luyện này là một quá trình mà trong đó hỗn hợp đƣợc bốc hơi

một phần và ngƣng tụ một phần nhiều lần. Quá trình chƣng luyện đƣợc thực hiện trong
các tháp chƣng luyện, có nhiều loại tháp chƣng luyện nhƣ tháp chóp, tháp dĩa lỗ không
có ống chảy truyền, tháp đĩa lỗ có kênh chảy truyền, tháp đệm ... với áp suất làm việc
của thiết bị cũng có thể là áp suất cao, áp suất thƣờng, áp suất thấp. Do thiết bị rất đa
dạng nhƣ vậy nên yêu cầu lựa chọn, thiết kế loại tháp phù hợp với các yêu cầu kĩ thuật,
cũng nhƣ đảm bảo tính kinh kế là cần thiết.
Tháp chƣng luyện loại đĩa chóp thuộc loại chéo dòng, lâu đời và truyền thống.
Hơi sẽ đi trong tháp từ dƣới lên qua ống hơi, đi vào không gian giữa ống hơi và chóp,
sau đó đi qua các rãnh chóp rồi sục vào lớp chất lỏng ở trên đĩa. Do CS2 dễ bay hơi
hơn CCl4 nên khi chƣng luyện ta sẽ thu đƣợc sản phẩm đỉnh giàu CS2 và sản phẩm đáy
giàu CCl4 hơn. Đặc điểm nổi bật nhất của đĩa loại chóp là do có lắp các ống hơi nên
mức chất lỏng ở trên đĩa đƣợc giữ ổn định tại tất cả các vận tốc của khí (hơi) khác
nhau. Do đó ƣu điểm của tháp chóp là hiệu suất truyền khối khá cao, ổn định, ít tiêu
tốn năng lƣợng. Tuy nhiên do cấu tạo phức tạp của chóp mà việc chế tạo phức tạp, tốn
vật liệu chế tạo và trở lực của tháp lớn.
Theo “Sổ tay quá trình thiết bị trong Công nghiệp hóa học, tập 2” [2], bảng
XII.47 trang 350 và bảng XII.50 trang 351, thép CT3 đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật để
chế tạo tháp chƣng luyện tách hỗn hợp CS2 – CCl4 (để đảm bảo độ bền, có thể quét
thêm một lớp sơn chống gỉ bên ngoài với điều kiện không khí ẩm nhƣ ở Việt Nam).
Tuy nhiên trong đồ án vật liệu đƣợc chọn để chế tạo tháp là thép X18H10T do đảm
bảo cả các yêu cầu về kĩ thuật, tính thẩm mĩ, tính kinh tế, đảm bảo thời gian sử dụng
lâu dài.
Đồ án đƣợc hoàn thành với các phần chính:
- Phần 1: Mở đầu: Giới thiệu tóm tắt mục đích đề tài, phƣơng pháp công nghệ đƣợc
giao thiết kế, tính chất sản phẩm và ứng dụng
- Phần 2: Sơ đồ, mô tả dây chuyền công nghệ
- Phần 3: Phƣơng pháp và các kết quả tính thiết bị chính với các nội dung chính: Tính
cân bằng vật liệu, xác định các thông số của tháp (đƣờng kính, chiều cao, trở lực, ...),
tính cân bằng nhiệt lƣợng, tính toán cơ khí
- Phần 4: Tính toán các thiết bị phụ: thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu, bơm, thiết bị ngƣng
tụ hồi lƣu sản phẩm đỉnh.

PHẦN 2. SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ
2.1. Sơ đồ công nghệ, chú thích:
STT Kí hiệu Tên thiết bị
1 E-1 Tháp chƣng luyện
2 T-1 Thùng chứa hỗn hợp đầu
3 T-2 Thùng chứa sản phẩm đáy
4 T-3 Thùng chứa sản phẩm đỉnh
5 H-1 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu
6 H-2 Thiết bị gia nhiệt ở đáy tháp
7 C-1 Thiết bị làm lạnh sản phẩm đáy
8 C-2 Thiết bị ngƣng tụ hồi lƣu sản phẩm đỉnh
9 C-3 Thiết bị làm lạnh sản phẩm đáy
10 R-1 Cơ cấu hồi lƣu sản phẩm đỉnh
11 R-2 Cơ cấu hồi lƣu hơi ở đáy tháp
12 P-1 Bơm
13 P-2 Bơm dự phòng
14 X-1 Thiết bị tháo nƣớc ngƣng sau thiết bị gia nhiệt
hỗn hợp đầu
15 X-2 Thiết bị tháo nƣớc ngƣng sau thiết bị gia nhiệt ở
đáy tháp
16 F-1 Lƣu lƣợng kế đo lƣu lƣợng hỗn hợp đầu
17 F-2 Lƣu lƣợng kế đo lƣu lƣợng sản phẩm đỉnh
18 ... Hệ thống van V-1; V-2; ... ; V-18
2.2. Thuyết minh sơ đồ công nghệ
Dung dịch đầu từ thùng chứa hỗn hợp đầu T-1 đƣợc bơm P-1 bơm liên tục đƣa
vào thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu H-1 qua van V-2 và lƣu lƣợng kế F-1. Bơm P-2
đƣợc lắp song song dự phòng trƣờng hợp bơm P-1 bị hỏng hóc. Tại thiết bị gia nhiệt
H-1, dung dịch đƣợc đun nóng đến nhiệt độ sôi tF thì đƣợc đƣa vào tháp chƣng luyện
E-1 tại vị trí đĩa tiếp liệu.
Trong tháp chƣng luyện E-1, hơi đi từ dƣới lên gặp chất lỏng đi từ trên xuống,
nồng độ các cấu tử thay đổi theo chiều cao của tháp, nhiệt độ sôi cũng thay đổi tƣơng
ứng với sự thay đổi của nồng độ. Cụ thể trên một đĩa chóp của tháp, chất lỏng có nồng
độ của cấu tử dễ bay hơi là x1, hơi bốc lên có nồng độ y1, trong đó y1>x1. Hơi này qua

ống hơi đi lên đĩa trên, qua khe chóp, sục vào (tiếp xúc pha) với lỏng trên đó. Nhiệt độ
của chất lỏng trên đĩa 2 thấp hơn đĩa 1, nên một phần hơi đƣợc ngƣng tụ lại, do đó
nồng độ cấu tử dễ bay hơi trên đĩa này là x2>x1. Hơi bốc lên từ đĩa 2 có nồng độ cấu tử
dễ bay hơi là y2>x2 đi lên đĩa 3, nhiệt độ của lỏng trên đĩa 3 thấp hơn đĩa 2, nên hơi
đƣợc ngƣng tụ một phần và chất lỏng trên đĩa 3 có nồng độ x3>x2 ... Trên mỗi đĩa xảy
ra quá trình truyền chất giữa pha lỏng và pha hơi, quá trình bốc hơi và ngƣng tụ một
phần lặp lại nhiều lần, cuối cùng trên đỉnh tháp thu đƣợc sản phẩm đỉnh có nồng độ
cấu tử dễ bay hơi cao và dƣới đáy tháp thu đƣợc sản phẩm đáy có nồng độ cấu tử khó
bay hơi cao.
Lỏng dƣới đáy giàu cấu tử khó bay hơi qua cơ cấu hồi lƣu đáy tháp R-1, một
phần sẽ đƣợc đƣa ra khỏi thiết bị và làm lạnh ở thiết bị làm lạnh C-1, khi đạt đến nhiệt
độ cần thiết sẽ đƣợc đƣa vào thùng chứa sản phẩm đáy T-2. Một phần sản phẩm đáy sẽ
đƣợc qua thiết bị gia nhiệt ở đáy tháp H-2 để hồi lƣu hơi trở về tháp.
Hơi trên đỉnh tháp giàu cấu tử dễ bay hơi đi vào thiết bị ngƣng tụ hồi lƣu C-2, ở
đây nó đƣợc ngƣng tụ lại. Qua cơ cấu hồi lƣu R-2, một phần chất lỏng hồi lƣu về tháp
ở đĩa trên cùng, một phần khác đi qua thiết bị làm lạnh C-3 để làm lạnh đến nhiệt độ
cần thiết rồi đi vào thùng chứa sản phầm đỉnh T-3.
Nhƣ vậy với thiết bị làm việc liên tục thì hỗn hợp đầu đƣợc đƣa vào liên tục và
sản phẩm cũng đƣợc tháo ra liên tục.

PHẦN 3. BẢN KÊ CÁC KÍ HIỆU VÀ ĐẠI LƢỢNG
3.1. Các kí hiệu và đại lƣợng
Kí hiệu Tên gọi Đơn vị
x Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng phần mol
y Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi phần mol
y* Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi
cân bằng với pha lỏng
phần mol
a Nồng độ cấu tử dễ bay hơi phần khối lƣợng
F Lƣu lƣợng hỗn hợp đầu kg/h, kg/s
P Lƣu lƣợng sản phẩm đỉnh kg/h, kg/s
W Lƣu lƣợng sản phẩm đáy kg/h, kg/s
GF Lƣu lƣợng hỗn hợp đầu kmol/h, kmol/s
GP Lƣu lƣợng sản phẩm đỉnh kmol/h, kmol/s
GW Lƣu lƣợng sản phẩm đáy kmol/h, kmol/s
t0
Nhiệt độ sôi 0
C
R Chỉ số hồi lƣu
α Hệ số bay hơi tƣơng đối
NLT Số đĩa lí thuyết
NTT Số đĩa thực tế
D Đƣờng kính tháp chƣng luyện m
H Chiều cao tháp chƣng luyện m
M Khối lƣợng mol kg/kmol
r Ẩn nhiệt hóa hơi, ẩn nhiệt ngƣng tụ kcal/kmol
ρ Khối lƣợng riêng kg/m3
ω Tốc độ lỏng hoặc hơi m/s
ζ Sức căng bề mặt dyn/cm; N/m
μ Độ nhớt N.s/m2
; cP
ΔP Trở lực của tháp chƣng luyện N/m2
ξ Hệ số trở lực
Q Nhiệt lƣợng J/h; kJ/h; J/s; kJ/s
λ Hàm nhiệt (nhiệt lƣợng riêng) J/kg
C Nhiệt dung riêng J/kg.độ
p Áp suất N/m2
, at

3.2. Các chỉ số dƣới
Kí hiệu Tên gọi
CS2 CS2, cấu tử dễ bay hơi hơn
CCl4 CCl4, cấu tử khó bay hơi hơn
A Của (thuộc về) A, cấu tử dễ bay hơi hơn
B Của (thuộc về) B, cấu tử khó bay hơi hơn
F Hỗn hợp đầu
P Sản phẩm đỉnh
W Sản phẩm đáy
L Dòng lỏng
G Dòng khí/hơi
dc Đoạn chƣng
dl Đoạn luyện
x Thuộc về pha lỏng
y Thuộc về pha hơi
1 Vị trí 1/ đĩa thứ nhất
2 Vị trí 2/ đĩa thứ hai
k Vị trí k/ đĩa thứ k
k – 1 Vị trí k – 1/ đĩa thứ k – 1
n Vị trí n/ đĩa thứ n
tb Giá trị trung bình
min Giá trị nhỏ nhất
max Giá trị cực đại
bh Hơi nƣớc bão hòa
Các đại lƣợng, kí hiệu khác hoặc bị trùng sẽ đƣợc kí hiệu riêng ở từng phần.

PHẦN 4. TÍNH TOÁN KỸ THUẬT THIẾT BỊ CHÍNH
4.1. Tính cân bằng vật liệu
Chuyển đổi nồng độ4.1.1.
 Công thức đổi nồng độ % khối lƣợng sang nồng độ phần mol
A
A
A
A B
A B
a
M
x
a a
M M


[2 – 126, Bảng VIII.I]
 Nồng độ mol của CS2 trong pha lỏng của hỗn hợp đầu
 
2
2
2 4
2 4
CS
CS
F
CS CCl
CS CCl
a 37
M 76,13
x 54,3
a a 37 100 37
76,13 153,84
% mol
M
= 0,543
M
  


(phần mol)
 Nồng độ mol của CS2 trong pha lỏng của hỗn hợp sản phẩm đỉnh
2
2
2 4
2 4
CS
CS
P
CS CCl
CS CCl
a 97,5
M 76,13
x 98,7(
a a 97.5 100 97.5
76,13 153,8
% mol) 0,987
4M M
   


(phần mol)
 Nồng độ mol của CS2 trong pha lỏng của hỗn hợp sản phẩm đáy
2
2
2 4
2 4
CS
CS
W
CS CCl
CS CCl
a 0,5
M 76,13
x 1( 0,010
a a 0,5 100 0,5
76,
%
1
m
3 15
ol)
3,84M M
   


(phần mol)
Xác định chỉ số hồi lƣu Rth4.1.2.
Biểu diễn đƣờng cân bằng pha lỏng – hơi4.1.2.1.
a) Bảng thành phần cân bằng pha lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi hỗn hợp
hai cấu tử ở 760 mmHg (% mol) [2 – 149, Bảng IX.2a.]
Hỗn hợp
CS2 - CCl4
x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
y* 0 13,2 24,0 42,3 54,4 64,5 72,6 79,1 84,8 90,1 95,0 100
t, °C 76,7 73,7 71,0 66,0 62,3 59,0 56,1 53,7 51,6 49,6 47,9 46,3
Bảng 4.1.1.Bảng thành phần cân bằng pha lỏng–hơi và nhiệt độ sôi hỗn hợp CS2–CCl4
Hệ hai cấu tử CS2 – CCl4 trên đƣờng cân bằng pha lỏng hơi không có điểm
đẳng phí. Nên chỉ cần sử dụng riêng phƣơng pháp chƣng luyện cũng có thể tách thu
đƣợc 2 cấu tử tinh khiết riêng biệt.

b) Đồ thị quan hệ x, y – t
t (0
C)
x, y (% mol)
Hình 4.1.1. Đồ thị quan hệ x, y – t
Dựa vào đồ thị hình 4.1.1 xác định đƣợc nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu xF = 54,3
%mol, hỗn hợp sản phẩm đỉnh xP = 98,7%mol, hỗn hợp sản phẩm đáy xW = 1%mol lần
lƣợt là: t0
F=550
C; t0
P=46,50
C; t0
W=760
C.
Sử dụng công thức nội suy tuyến tính, ta cũng có thể xác định đƣợc nhiệt độ sôi
hỗn hợp 2 cấu tử trong :
- Hỗn hợp đầu:
0 0
0 0 0k k 1
F k 1 F k 1
k k 1
t t 53,7 56,1
t t (x x ) 56,1 (54,3 50) 55 C
x x 60 50

 

 
      
 
- Sản phẩm đỉnh:
0 0
0 0 0k k 1
P k 1 P k 1
k k 1
t t 46,3 47,9
t t (x x ) 47,9 (98,7 90) 46,5 C
x x 100 90

 

 
      
 
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
p = 760 mmHg

- Sản phẩm đáy:
0 0
0 0 0k k 1
W k 1 W k 1
k k 1
t t 73,7 76,7
t t (x x ) 76,7 (1 0) 76 C
x x 5 0

 

 
      
 
Hai phƣơng pháp đều cho cùng một kết quả t0
F = 550
C; t0
P = 46,50
C; t0
W = 760
C.
c) Đồ thị đƣờng cân bằng pha lỏng (x) – hơi (y)
y (% mol)
x (% mol)
Hình 4.1.2. Đồ thị đường cân bằng pha lỏng (x) – hơi (y) hỗn hợp 2 cấu tử CS2 – CCl4
Dựa vào đồ thị hình 4.1.2 xác định đƣợc nồng độ CS2 trong pha hơi cân bằng
với pha lỏng tại xF=54,3 (%mol), xP=98,7 (%mol), xW=1 (%mol) lần lƣợt là: y*F =75
(%mol); y*P=99 (%mol); y*W=2,5 (%mol). Sử dụng công thức nội suy tuyến tính,
cũng có thể xác định đƣợc nồng độ CS2 trong pha hơi cân bằng với pha lỏng trong ở:
- Hỗn hợp đầu:
* *
* * k k 1
F k 1 F k 1
k k 1
y y 79,1 72,6
y y (x x ) 72,6 (54,3 50) 75,4 (%mol)
x x 60 50

 

 
      
 
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
x = y
p = 760 mmHg

- Sản phẩm đỉnh:
* *
* * k k 1
P k 1 P k 1
k k 1
y y 100 95
y y (x x ) 95 (98,7 90) 99,35 (%mol)
x x 100 90

 

 
      
 
- Sản phẩm đáy:
* *
* * k k 1
W k 1 W k 1
k k 1
y y 13,2 0
y y (x x ) 0 (1 0) 2,64 (%mol)
x x 5 0

 

 
      
 
Hai phƣơng pháp có sai lệch nhỏ. Lấy giá trị y*F = 0,754 (phần mol); y*P =
0,994 (phần mol); y*W= 0,026 (phần mol).
Xác định chỉ số hồi lƣu nhỏ nhất Rmin4.1.2.2.
a) Những giả thiết của Mc Cabe và Thiele [5 – 74]
- Lƣợng hơi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp đƣợc ngƣng tụ hoàn toàn. Vì vậy trên
đƣờng làm việc của đoạn luyện có một điểm xP = yD
- Chấp nhận quy tắc của Trouton, tức r/Ts = 21 kcal/kmol0
K = const. Với nhiệt
hóa hơi r không đổi có thể xác định nhiệt độ sôi
- Bỏ qua sự khác biệt về nhiệt độ sôi của các thành pần coi dòng mol trên đoạn
chƣng và đoạn luyện không đổi.
- Để có dòng mol không đổi và đƣờng làm việc là đƣờng thẳng cần chấp nhận,
tháp chƣng luyện làm việc đoạn nhiệt, tức sẽ không có sự lấy và cấp nhiệt với
môi trƣờng
- Đƣờng làm việc của đoạn chƣng đi qua điểm xW = yW
b) Phƣơng trình đƣờng nồng độ làm việc
 Phƣơng trình đƣờng làm việc của đoạn luyện
PR x
y x
R 1 R 1
 
 
[5 – 78 – 2.31]
 Phƣơng trình đƣờng làm việc của đoạn chƣng
F P F P
W
R G G 1 G G
y x x
R 1 R 1
 
 
 
[5 – 79 – 2.38]
c) Xác định chỉ số hồi lƣu nhỏ nhất Rmin
Khi chỉ số hồi lƣu của tháp chƣng cất bằng Rmin để đạt đƣợc mức độ tách cần
thiết của hỗn hợp (xF÷xP) thì số đĩa lí thuyết NLT của tháp sẽ tiến đến ∞ (do đƣờng làm
việc của tháp và đƣờng cân bằng pha cắt nhau hoặc tiếp xúc với nhau).
Dựng đồ thị y – x (đồ thị Mc Cabe – Thiele) của hỗn hợp 2 cấu tử CS2 – CCl4 ở
chế độ chỉ số hồi lƣu nhỏ nhất Rmin (Hình 4.1.3). Đƣờng làm việc đoạn chƣng qua
điểm xW=yW=1 (%mol), đƣờng làm việc đoạn luyện qua điểm xP=yP=98,7 (%mol). Hai
đƣờng cắt nhau tại điểm xF=54,3 (%mol), (y*F=75,4 %mol) trên đƣờng cân bằng pha.
Kéo dài đƣờng làm việc đoạn luyện cho tới khi cắt trục tung tại điểm maxB 46,905 .
Mà P P
max min
min max
x x 98,7
B R 1 1 1,104
R 1 B 46,905
      

.

y (% mol)
x (% mol)
Hình 4.1.3. Đồ thị y – x (đồ thị Mc Cabe – Thiele) của hỗn hợp 2 cấu tử CS2 – CCl4 ở
chế độ chỉ số hồi lưu nhỏ nhất Rmin
(1) Đường chéo y = x (3) Đường làm việc đoạn luyện
(2) Đường cân bằng pha lỏng – hơi (4) Đường làm việc đoạn chưng
Trong trƣờng hợp này do đƣờng làm việc cắt đƣờng cân bằng pha nên ta cũng
có thể xác định đƣợc số hồi lƣu nhỏ nhất Rmin bằng công thức:
*
P F
min *
F F
x y
R
y x



[5 – 81]
Thay số áp dụng công thức:
*
P F
min *
F F
x y 98,7 75,4
R 1,104
y x 75,4 54,3
 
  
 
Nhƣ vậy 2 phƣơng pháp đều giúp xác định đƣợc cùng một giá trị Rmin = 1,104.
y*F=75.4
y = x
y = 0.5248x + 46.905
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
xF = 54,3xw = 1 xP = 98,7
(3)
(1)
(2)
(4)

Xác định số đĩa lí thuyết nhỏ nhất NLTmin4.1.2.3.
a) Xác định NLTmin ở chế độ hồi lƣu hoàn toàn bằng phƣơng pháp đồ thị
y (% mol)
x (% mol)
Hình 4.1.4. Đồ thị y – x (đồ thị Mc Cabe – Thiele) của hỗn hợp 2 cấu tử CS2 – CCl4 ở
chế độ hồi lưu hoàn toàn
(1) Đường cân bằng pha lỏng – hơi (2) Đường làm việc
Khi chỉ số hồi lƣu R→ ∞ (chế độ hồi lƣu hoàn toàn) đƣờng làm việc của tháp
chƣng luyện liên tục sẽ trùng với đƣờng chéo của hình vuông (y = x) trên đồ thị Mc
Cabe- Thiele và số đĩa lí thuyết NLT của tháp sẽ là nhỏ nhất.
Dựng đồ thị y – x (đồ thị Mc Cabe – Thiele). Từ điểm có tọa độ (xp;yP) vẽ
đƣờng thẳng song song với trục hoành cắt đƣờng cân bằng pha tại 1 điểm; rồi từ giao
điểm đó vẽ đƣờng thẳng song song với trục tung gặp đƣờng làm việc (y=x) ở một
điểm khác. Cứ tiếp tục dựng các đƣờng song song cho tới khi đến điểm (xW;yW) (tức là
y = x
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
x1 xP
(2)
xw
(1)
x2
x4
x3
x5
x6
x7
x8
x9
xF

x<xW) thì dừng lại. Đếm số tam giác giữa đƣờng cân bằng pha và đƣờng làm việc
(y=x). Số tam giác có giá trị chính bằng số đĩa lí thuyết nhỏ nhất NLTmin cần tìm. Dựng
nhƣ trong đồ thị hình 4.1.4 xác định đƣợc số đĩa lí thuyết nhỏ nhất NLTmin = 10 (đĩa).
b) Xác định NLtmin ở chế độ hồi lƣu hoàn toàn bằng công thức Fenske
WP
P W
LT min
xx
lg
1 x 1 x
N
lg
   
         

[6 – 11 – 7.3*]
Trong đó: α là hệ số bay hơi tƣơng đối xác định theo công thức sau:
* *
y (1 y )
x (1 x)

 

[6 – 11 – 7.4*]
Đối với hỗn hợp lí tƣởng thì α = const không phụ thuộc vào nồng độ. Còn với các hỗn
hợp khác lí tƣởng nhƣ trƣờng hợp CS2 – CCl4 đang xét thì α là giá trị trung bình:
 
1 k
1 2 k. ...     [6 – 11]
Trong đó αi (i = 1 ÷ k) là các giá trị tƣơng ứng với các giá trị xi khác nhau. Do
đó áp dụng công thức tính α ta xây dựng đƣợc bảng số liệu các giá trị αi tƣơng ứng với
các giá trị xi nhƣ sau:
x (phần mol) 0,05 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90
y* (phần mol) 0,132 0,240 0,423 0,544 0,645 0,726 0,791 0,848 0,901 0,950
αi 2,889 2,842 2,932 2,784 2,725 2,650 2,523 2,391 2,275 2,111
Bảng 4.1.2. Bảng giá trị các αi tương ứng với các giá trị xi
Hệ số bay hơi tƣơng đối α = (α1. α2... α10)1/10
= 2,589
Áp dụng công thức Fenske với xP = 0,987 phần mol; xW = 0,010 phần mol;
α = 2,589 đƣợc:
LT min
0,987 0,010
lg
1 0,987 1 0,010
N 9,35 10
lg2,589
    
            (đĩa)
Nhƣ vậy cả 2 phƣơng pháp đều giúp xác định đƣợc cùng một giá trị số đĩa lí
thuyết nhỏ nhất NLTmin = 10 (đĩa).
Xác định chỉ số hồi lƣu thích hợp Rth4.1.2.4.
Chỉ số hồi lƣu R có ảnh hƣởng trực tiếp đến vị trí tƣơng đối của đƣờng làm việc
so với đƣờng cân bằng pha trên đồ thị y-x (Mc Cabe-Thiele) vì góc nghiêng đƣờng
làm việc của đoạn luyện
R
tan
R 1
 

nên sẽ ảnh hƣởng đến số đĩa lí thuyết NLT và
chiều cao H của tháp. Mặt khác chỉ số hồi lƣu cũng liên quan trực tiếp tới lƣợng nhiêt
Q cần cấp cho thiết bị đun bay hơi ở dƣới đáy tháp: Q ~ G = P(R+1). Ở đây: G – lƣu
lƣợng dòng hơi đi trong tháp; P – lƣu lƣợng dòng sản phẩm đỉnh.

Nhƣ vậy chỉ số hồi lƣu R có ảnh hƣởng trái chiều đến chiều cao của tháp (khi R
tăng, chiều cao H giảm, kinh phí chế tao tháp giảm) và ảnh hƣởng xuôi chiều đến
lƣợng nhiệt tiêu tốn Q (khi R tăng, lƣợng nhiệt Q tăng, chi phí vận hành tăng). Vì vậy
để tháp chƣng cất làm viêc đạt đƣợc hiệu quả kinh tế cao cần xác định đƣợc chỉ số hồi
lƣu thích hợp Rth. Chỉ số hồi lƣu Rth có thể xác định theo 2 tiêu chí là: chiều cao H của
tháp và thể tích VT của tháp. Tùy theo yêu cầu mức độ chính xác, trong tính toán công
nghiệp thƣờng tính gần đúng chỉ số hồi lƣu làm việc bằng: Rx = (1,2 ÷ 2,5). Rmin
[2 – 158 – IX.25a] hay x minR 1,3 R 0,3   [2 – 159 – IX.25b]. Do Rmin = 1,104 nên
chỉ số hồi lƣu làm việc sẽ trong khoảng Rx = 1,32 ÷ 2,76 hoặc Rx = 1,735.
a) Xác định chỉ số hồi lƣu thích hợp Rth theo tiêu chí chiều cao H của tháp
 Để chọn Rth ta lập quan hệ NLT=f(R). Quan hệ này có thể đƣợc xây dựng bằng
phƣơng pháp đồ thị của Mc Cabe-Thiele hoặc sử dụng quan hệ thực nghiệm Gilliland
dựa trên phƣơng trình Molokanov: 0,5
1 54,4x x 1
y* 1 exp
11 117,2x x
  
    
[6 – 14 – 7.6*]
Ở đây: LT LT min
LT
N N
y*
N 1



; minR R
x
R 1



 Trạng thái nhiệt động của hỗn hợp đầu [4 – 105]:
- Từ bảng số liệu I.153 [1 – 171] sử dụng công thức nội suy tìm giá trị nhiệt
dung riêng của CS2 và CCl4 ở nhiệt độ đầu tF=550
C là CCS2=1022,5 (J/kg); CCCl4=914,5
(J/kg). Nhiệt dụng riêng của hỗn hợp đầu là: CF = aF.CCS2 + (1 – aF).CCCl4. Thay số ta
có: CF = 0,37.1022,5 + (1 – 0,37).914,5 = 954,46 (J/kg)
- Từ bảng số liệu I.212 [1 – 254] sử dụng công thức nội suy tìm ẩn nhiệt hóa
hơi của CS2 và CCl4 ở nhiệt độ đầu tF=550
C là rCS2 = 82,875 (kcal/kg); rCCl4 = 48,55
(kcal/kg). Ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đầu là: rF = aF.rCS2 + (1–aF).rCCl4. Thay số ta
có: rF = 0,37.82,875 + (1– 0,37).48,55 = 61,25 (kcal/kg) = 256441,5 (J/kg)
- Giả sử cần gia nhiệt làm bay hơi hỗn hợp đầu từ 200
C thì nhiệt lƣợng cần thiết
để làm bay hơi 1 kg hỗn hợp là: rQ (55 20).954,46 256411.5 289817,6 (J)   
- Thông số caloric của hỗn hợp đầu là: r
F
Q 289817,6
q 1,13
r 256441,5
  
 Hệ 2 cấu tử CS2 – CCl4 làm việc ở áp suất khí quyển, có hệ số bay hơi tƣơng
đối α = 2,589, thông số caloric của hỗn hợp đầu q = 1,13, chỉ số hồi lƣu nhỏ nhất
Rmin=1,104, số đĩa lí thuyết nhỏ nhất NLTmin = 10 (đĩa) thỏa mãn các điều kiện áp dụng
phƣơng trình Molokanov nên sẽ có bảng số liệu 4.1.3.
 Dựng đồ thị quan hệ NLT=f(R) nhƣ hình 4.1.5. Từ đồ thị 4.1.5 cho thấy nếu
chọn chiều cao của tháp làm tiêu chí tối ƣu thì chỉ số hồi lƣu thích hợp Rth=1,8÷2,0

R Rmin 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8
NLT ∞ 27.7 24.5 22.4 20.9 19.7 18.7 18.0
NLT(R+1) ∞ 60.91 56.39 53.83 52.21 51.20 50.62 50.34
R 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6
NLT 17.0 16.8 16.3 15.9 15.6 15.3 15.0 14.7
NLT(R+1) 50.28 50.39 50.63 50.98 51.41 51.91 52.47 53.07
R 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2
NLT 14.5 14.3 14.1 14.0 13.8 13.7
NLT(R+1) 53.72 54.40 55.11 55.84 56.60 57.37
Bảng 4.1.3. Bảng số liệu quan hệ NLT=f(R), V=NLT(R+1)
Hình 4.1.5. Đồ thị quan hệ NLT=f(R).
b) Xác định chỉ số hồi lƣu thích hợp Rth theo tiêu chí thể tích VT của tháp
Đối với các tháp chuyển khối, kinh phí chế tạo tháp thông thƣờng tỷ lệ thuận
với thể tích của tháp VT ~ V = NLT(R + 1) nên để tìm đƣợc chỉ số hồi lƣu thích hợp cần
phải xây dựng đƣợc quan hệ V = NLT(R + 1) = f(R). Quan hệ nay cũng sẽ xây dựng
đƣợc bằng cách sử dụng đồ thị x – y của Mc Cabe hoặc sử dụng phƣơng trình của
Molokanov.
Sử dụng phƣơng trình Molokanov có bảng số liệu 4.1.3 và dựng đƣợc đồ thị
quan hệ V=NLT(R+1) nhƣ trên hình 4.1.4.
Từ đồ thị hình 4.1.4 cho thấy nếu chọn thể tích của tháp làm tiêu chí tối ƣu thì
chỉ số hồi lƣu thích hợp Rth = 1,9, ứng với LTN 17 đĩa.
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
NLT
Rmin
NLTmin
R

Hình 4.1.6. Đồ thị quan hệ V=NLT(R+1)
Tính cân bằng vật liệu của đoạn chƣng và đoạn luyện để xác định lƣu4.1.3.
lƣợng các dòng pha đi trong từng đoạn của tháp
Giải cân bằng vật liệu toàn tháp chƣng luyện4.1.3.1.
a) Tính theo lƣu lƣợng mol (kmol/s)
 Khối lƣợng mol trung bình của hỗn hợp:
n
i i
i 1
M M .x

 
- Khối lƣợng mol trung bình của hỗn hợp đầu:
2 4F CS F F CClM M .x (1 x ).M 76,13 0,543 (1 0,543) 153,84 111,64 (kg/kmol)        
- Khối lƣợng mol trung bình của hỗn hợp sản phẩm đỉnh:
2 4P CS P P CClM M .x (1 x ).M 76,13 0,987 (1 0,987) 153,84 77,14 (kg/kmol)        
- Khối lƣợng mol trung bình của hỗn hợp sản phẩm đáy:
2 4W CS W W CClM M .x (1 x ).M 76,13 0,010 (1 0,010) 153,84 153,06 (kg/kmol)        
 Lƣu lƣợng mol hỗn hợp đầu: F
F
F 6,0
G 0,0537 (kmol/s)
M 111,64
  
 Phƣơng trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp (kmol/s): GF = GP + GW [2 – 144]
 Cân bằng vật chất với cấu tử dễ bay hơi CS2: GF.xF = GP.xP + GW.xW [2 – 144]
WF P
P W F W P F
GG G
x x x x x x
  
  
 Lƣu lƣợng mol hỗn hợp sản phẩm đỉnh:
F W
P F
P W
x x 0,543 0,010
G G 0,0537 0,0293 (kmol/s)
x x 0,987 0,010
 
    
 
 Lƣu lƣợng mol hỗn hợp sản phẩm đáy:
W F PG G G 0,0537 0,0293 0,0244 (kmol/s)    
40
45
50
55
60
65
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
NLT(R+1)
Rmin
Rth
Vmin
R

b) Tính theo lƣu lƣợng khối lƣợng (kg/h)
 Phƣơng trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp (kg/s): F = P + W
 Cân bằng vật chất với cấu tử dễ bay hơi CS2: F.aF = P.aP + W.aW
P W F W P F
F P W
a a a a a a
  
  
 Lƣu lƣợng khối lƣợng hỗn hợp sản phẩm đỉnh:
F W
P W
a a 0,37 0,005
P F 6,0 2,26 (kg/s) (kg/h)
a a 0,97
81
5 0,005
36
 
   
 

 Lƣu lƣợng khối lƣợng hỗn hợp sản phẩm đáy:
W F G 6,0 2,26 3,74 1(kg/s) (kg/h)3464     
Dựa vào lƣu lƣợng mol và khối lƣợng mol trung bình, kiểm tra lại giá trị lƣu
lƣợng khối lƣợng đã tính toán.
 Lƣu lƣợng khối lƣợng hỗn hợp đầu: F = 6,0 (kg/s) = 21600 (kg/h)
 Lƣu lƣợng khối lƣợng hỗn hợp sản phẩm đỉnh:
P PP M G 77,14 0,0293 2 (kg/s,26 8136) (kg/h)     
 Lƣu lƣợng khối lƣợng hỗn hợp sản phẩm đáy:
W WM G 153,06 0,0244 3W (kg/s,74 13464) (kg/h)     
 Nhƣ vậy ta có bảng số liệu
t0
C Lƣu lƣợng mol Lƣu lƣợng khối lƣợng
Hỗn hợp đầu t0
F = 550
C GF = 0,0537 (kmol/s)
F = 6,0 (kg/s)
= 21600 (kg/h)
Sản phẩm đỉnh t0
P = 46,50
C GP = 0,0293 (kmol/s)
P = 2,26 (kg/s)
= 8136 (kg/h)
Sản phẩm đáy t0
W = 760
C GW = 0,0244 (kmol/s)
W = 3,74 (kg/s)
= 13464 (kg/h)
Bảng 4.1.4. Bảng số liệu nhiệt độ sôi; lưu lượng các dòng hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh
và sản phẩm đáy
Chọn Rth=1,9, phƣơng trình đƣờng nồng độ làm việc của đoạn luyện là:
y 0,6552x 0,3403  ; phƣơng trình đƣờng nồng độ làm việc đoạn chƣng là:
y 1,2872x 0,0029  .
Dựa vào phƣơng trình đƣờng làm việc, đồ thị đƣờng cân bằng pha và công thức
đổi từ phần mol sang phần khối lƣợng A A
A
A A B B
M .x
a
M .x M .x


[2 – 126, Bảng VIII.I]
với MA = MCS2=76,13, MB = MCCl4 = 153,84 (kg/kmol), ta xây dựng đƣợc bảng số liệu
4.1.5 nhƣ sau:

Hỗn hợp
Phần mol Phần khối lƣợng
x y y* x y y*
Đầu xF = 0,543 yF = 0,696 y*F = 0,754 aF = 0,37 Fya 0,531 *
Fy
a 0,603
Đỉnh tháp xP = 0,987 yP = 0,987 y*P = 0,994 aP = 0,975 Pya 0,975 *
Py
a 0,988
Đáy tháp xW = 0,010 yW = 0,010 y*W = 0,026 aW = 0,005 Wya 0,005 *
Wy
a 0,013
Bảng 4.1.5. Bảng số liệu nồng độ cấu tử phân bố trong pha lỏng (x), trong pha hơi ra
khỏi đĩa (y) và trong pha hơi cân bằng với lỏng trên đĩa (y*) trong hỗn hợp đầu, hỗn
hợp sản phẩm đỉnh, hỗn hợp sản phẩm đáy
Tính toán lƣu lƣợng các dòng pha đi trong từng đoạn tháp4.1.3.2.
Đối với tháp chƣng luyện loại đĩa do ẩn nhiệt hóa hơi của các cấu tử trong hỗn
hợp cần tách khác nhau cho nên lƣợng hơi sẽ khác nhau ở các tiết diện khác nhau của
tháp. Để tính lƣợng hơi này cần giải kết hợp các phƣơng trình cần bằng vật liệu và cân
bằng nhiệt lƣợng.
a) Lƣợng hơi trung bình đi trong đoạn luyện
d 1
tb
g g
g
2

 [2 – 181 – IX.91]
Trong đó: +) gtb: lƣợng hơi trung bình đi trong đoạn luyện (kg/h)
+) gd: lƣợng hơi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (kg/h)
+) g1: lƣợng hơi đi vào đĩa dƣới cùng của đoạn luyện (kg/h)
 Tính lƣợng hơi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp:
gd = GR + GP = GP .(Rx+1) [2 – 181 – IX.92]
Trong đó: +) GR: lƣợng lỏng hồi lƣu
+) GP: lƣợng sản phẩm đỉnh, GP=8136 (kg/h)
+) Rx: chỉ số hồi lƣu, Rx= 1,9
d Rg 8136 (1,9 1) 23594,4 (kg/h); G 15458,4 (kg/h)     
 Cân bằng vật liệu toàn phần từ đĩa tiếp liệu đến đỉnh tháp:
gl = Gl+GP [2 – 182 – IX.93]
Lƣợng lỏng đi vào đĩa tiếp liệu của đoạn luyện: Gl = gl - GP
 Cân bằng vật liệu riêng phần cho cấu tử dễ bay hơi từ đĩa tiếp liệu đến đỉnh tháp
1l y l 1 P Pg .a G .a G .a  [2 – 182 – IX.94]
Trong đó:
+) ay1: phần khối lƣợng của cấu tử phân bố (CS2) trong pha hơi đi vào vào đĩa
dƣới cùng của đoạn luyện
+) a1=aF=0,37: nồng độ phần khối lƣợng của CS2 trong pha lỏng ở hỗn hợp đầu
+) aP = 0,975: nồng độ phần khối lƣợng của CS2 trong pha lỏng ở sản phẩm đỉnh
 Phƣơng trình cân bằng nhiệt lƣợng toàn phần từ đĩa tiếp liệu đến đỉnh tháp

l l d dg r g r   [2 – 182 – IX.95]
Trong đó:
+) rl: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa dƣới cùng của đoạn luyện
+) rd: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi ra khỏi đỉnh tháp
Chất
lỏng
Nhiệt độ sôi ở
pa, ts , 0
C
Nhiệt độ, 0
C
0 20 60 100 140
CS2 46 89,4 87,6 82,2 75,5 67,4
CCl4 77 52,1 51 48,2 44,3 40,1
Bảng 4.1.6. Bảng nhiệt hóa hơi rhh (kcal/ kg) phụ thuộc vào nhiệt độ của CS2 và CCl4
[1 – 254 – Bảng I.212] (1 kcal/ kg = 4.1868.103
J/kg)
Hỗn hợp đầu 2 4
0 0
F CS CClt 55 C r 82,875 (kcal/kg); r 48,55 (kcal/kg)   
Sản phẩm đỉnh 2 4
0 0
P CS CClt 46,5 C r 84,023 (kcal/kg); r 49,145 (kcal/kg)   
Sản phẩm đáy 2 4
0 0
W CS CClt 76 C r 79,52 (kcal/kg); r 46,64 (kcal/kg)   
Tính ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa dƣới cùng của đoạn luyện r1:
1 1 1 14 12 y y y y1 CS yCClr r .a 1 a .r a (1( ) 82,875 48,55 34,325a ) 48, (kc5 al/5 kga )        
Tính ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi ra khỏi đỉnh tháp rd:
2 P P 4d P CS y y CCl( ) 84,023 0,r r r .a 1 a .r 1 0,975975 ( ) 49,145 83,151 (kcal/kg)        
Giải hệ:
1
1
1 1
1
l ll l P
l y 1l y l 1 P
y
y
P
ll l d d
1 1 y
g Gg G G
g .a G 0,37 8136 0,975g .a G .a G .a
g ( a 23594,4 83,151g r g r
r a r
8136
48,55 34,325 )
48,55 34,325 48,55 34,3 a25
 



 
 
  
      
   
   


11 1 yG 21136,4 (kg/h); g 29272,4 (kg/h); a 0,538    (phần khối lƣợng);
r1 = 67,017(kcal/kg)
 Lƣợng hơi trung bình đi trong đoạn luyện:
d 1
tb
g g 23594,4 29272,4
g 26433,4 (kg/h)
2 2
 
  
b) Lƣợng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện
R l
tb
21136,G G 15458,4
G 18297,4 (kg/h)
2 2
4 
  
c) Lƣợng hơi trung bình đi trong đoạn chƣng
' ' '
' n 1 1 1
tb
g g g g
g
2 2
 
  [2 – 182 – IX.96, IX.97]
Trong đó: +) g'tb: Lƣợng hơi trung bình đi trong đoạn chƣng (kg/h)

+) g'n: lƣợng hơi ra khỏi đĩa trên cùng của đoạn chƣng (kg/h)
+) g'l: lƣợng hơi đi vào đoạn chƣng (kg/h)
+) gl: lƣợng hơi đi vào đĩa dƣới cùng của đoạn luyện (kg/h)
 Lƣợng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của đoạn chƣng bằng lƣợng hơi đi vào đoạn
luyện: '
n 1g g 29272,4 (kg/h) 
 Cân bằng vật liệu cho đĩa thứ nhất của đoạn chƣng:
Lƣợng lỏng đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chƣng: ' '
1 W1G g G  [2 – 182 – IX.98]
 Cân bằng vật liệu riêng phần cho cấu tử dễ bay hơi tại đĩa thứ nhất của đoạn
chƣng:
1 W
'
' '
1 1x Wy WG .a g .a G .a  [2 – 182 – IX.99]
Trong đó:
+) '
1x
a : là phần khối lƣợng của cấu tử dễ bay hơi (CS2) trong pha lỏng tại
đĩa thứ nhất của đoạn chƣng
+)
Wya : là nồng độ phần khối lƣợng của CS2 trong pha hơi ở sản phẩm đáy
+) aW : là nồng độ phần khối lƣợng của CS2 trong pha lỏng ở sản phẩm đáy
 Phƣơng trình cân bằng nhiệt lƣợng toàn phần từ đĩa tiếp liệu đến đáy tháp:
' ' ' '
1 1 n n l lg r g r g r     [2 – 182 – IX.100]
Trong đó:
+) '
1r : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chƣng
+) '
nr : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa trên cùng của đoạn chƣng
Ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa trên cùng của đoạn chƣng '
1r chính
bằng ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa dƣới cùng của đoạn luyện r1:
'
n 1r r 67,017 kcal g)( /k 
Tính ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào trong đĩa thứ nhất của đoạn
chƣng: ' '
2 41 1
'
1 CS CCly y
(r r .a 1 a .r)   (kcal/kmol). [2 – 182]
Với ' *
2 4 1 W
CS CCl y y
r 79,52 (kcal/kg); r 46,64 (kcal/kg); a a 0,013    là nồng độ
phần khối lƣợng của cấu tử CS2 trong pha hơi cân bằng pha lỏng nồng độ aW. Nên
W2 4W
'
1 CS Cy y Cl( ) 79,52 0,013 0,013r r .a 1 a .r (1 ) 46 47,07 (kcal/6 k ), 4 g      
Giải hệ: ' '
1 1W
' ' ' '
1 1 1 1
' ' ' '
1 1 y 1 1x x
' ' '
1 1
W
l l
W
1
W 13G g G G g
G .a g .a G .a G .a g 0,005 0,005
g r g r g
464
13464
247,07 679272,4 ,017
  
  
 
 
 
 
     
     
'
1
' '
1 1 x
g 41677,3 (kg/h); G 55141,3 (kg/h) ; a 0,005   (phần khối lƣợng)

 Lƣợng hơi trung bình đi trong đoạn chƣng:
'
' 1 1
tb
g g 29272,4 41677,3
g 35724,9 (kg/h)
2 2
 
  
d) Lƣợng lỏng trung bình đi trong đoạn chƣng
' '
' 1 n
tb
G G
G
2

 (kmol/s)
Với '
n 1 FG G G 21136,4 21600 42736,4 (kg/h)     là lƣợng lỏng đi vào đĩa
trên cùng của đoạn chƣng thì:
' '
' 1 n
tb
G G 55141,3 42736,4
G 48938,85 (kg/h)
2 2
 
  
4.2. Xác định đƣờng kính của tháp chƣng luyện
Xác định tốc độ làm việc của pha hơi trong đoạn chƣng, đoạn luyện4.2.1.
Khối lƣợng riêng trung bình4.2.1.1.
a) Khối lƣợng riêng trung bình của pha khí (hơi) đi trong đoạn luyện (kg/m3
)
tb(dl) 1 tb(d1) 2
ytb(dl)
tb(dl)
3
[y .M (1 y ).M ].2
kg/
73
( )
2
m
2,4 T
 
 

[2 – 183 – IX.102]
- Nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn luyện:
0 0F P
tb l tb(d) l)(d
t t 55 46,5
t 50,75 C T 323,75 K
2 2
 
   
- Do ay1 = 0,538 (phần khối lƣợng) nên sử dụng công thức đổi nồng độ phần
khối lƣợng sang nồng độ phần mol ta có nồng độ phần mol của cấu tử phân bố
trong pha hơi tại đĩa dƣới cùng của đoạn luyện (đĩa tiếp liệu): y1=0,702 (phần
mol)
- Nồng độ phần mol của cấu tử phân bố trong pha hơi tại đỉnh tháp: yP=0,987
(phần mol).
- Nồng độ làm việc trung bình của cấu tử phân bố trong pha hơi trong đoạn
luyện: 1 P
tb(dl)
y y 0,702 0,987
y 0,8445
2 2
 
   (phần mol)
- Thay số: ytb(dl)
3[0,8445 76,13 (1 0,8445) 153,84] 273
3,4955 ( )
22,4 32
kg/m
3,75
    
  

b) Khối lƣợng riêng trung bình của pha lỏng đi trong đoạn luyện (kg/m3
)
tb(dl) tb(dl)
xtb(dl) xtb(1) xtb(2)
a 1 a1 
 
  
[2 – 183 – IX.104]
- Nồng độ phần khối lƣợng trung bình của đoạn luyện:
P
(dl
F
b )t
a a 0,37 0,975
a 0,6725
2 2
 
  (phần khối lƣợng)

Chất
Khối lƣợng riêng, kg/m3
-200
C 00
C 200
C 400
C 600
C 800
C 1000
C 1200
C
CS2 1323 1293 1263 1233 1200 1165 1125 1082
CCl4 1670 1633 1594 1556 1517 1471 1434 1390
Bảng 4.2.1. Bảng khối lượng riêng phụ thuộc vào nhiệt độ của CS2 và CCl4 ở trạng
thái lỏng [1 – 9 – Bảng I.2]
- Nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn luyện: 0
tb(dl)t 50,75 C
- Dựa vào bảng số liệu 4.2.1 sử dụng công thức nội suy xác định đƣợc
ρxtb(CS2)= 1215,26 (kg/m3
); ρxtbCCl4= 1535,04 (kg/m3
)
- Thay số: xtb(dl)
xtb(dl)
31 0,6725 1 0,6725
1304,24 ( )
1215,26 1535,0
k
4
g/m

    

c) Khối lƣợng riêng trung bình của pha khí (hơi) đi trong đoạn chƣng (kg/m3
)
tb(dc) 1 tb(dc) 2
ytb(dc)
tb(dc)
3
[y .M (1 y ).M ].2
kg/
73
( )
2
m
2,4 T
 
 

[2 – 183 – IX.102]
- Nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn chƣng:
0 0F
tb tb(c) )
W
d dl(
t t 55 76
t 65,5 C T 338,5 K
2 2
 
   
- Nồng độ phần mol của cấu tử phân bố trong pha hơi tại đĩa trên cùng của đoạn
chƣng (đĩa tiếp liệu): '
n 1 0y 2y 0,7  (phần mol)
- Nồng độ phần mol của cấu tử phân bố trong pha hơi tại đáy tháp: yW=0,010
(phần mol).
- Nồng độ làm việc trung bình của cấu tử phân bố trong pha hơi trong đoạn
chƣng: 1 W
tb(dc)
y y 0,702 0,010
y 0,356
2 2
 
   (phần mol)
- Thay số: ytb(dc
3
)
[0,356 76,13 (1 0,356) 153,84] 273
4,5429 ( )
22,4 33 5
m
8,
kg/
    
  

d) Khối lƣợng riêng trung bình của pha lỏng đi trong đoạn chƣng (kg/m3
)
tb(dc) tb(dc)
xtb(dc) xtb(1) xtb(2)
a 1 a1 
 
  
[2 – 183 – IX.104]
- Nồng độ phần khối lƣợng trung bình của đoạn chƣng:
W
(dc
F
b )t
a a 0,37 0,005
a 0,1875
2 2
 
  (phần khối lƣợng)
- Nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn chƣng: (d )
0
tb ct 65,5 C
- Dựa vào bảng số liệu 4.2.1 sử dụng công thức nội suy xác định đƣợc
ρxtb(CS2)= 1190,38 (kg/m3
); ρxtbCCl4= 1504,35 (kg/m3
)

- Thay số: xtb(dc)
xtb(dc)
31 0,1875 1 0,1875
1433,46 ( )
1190,38 1504,3
k
5
g/m

    

Tốc độ khí (hơi) trung bình đi trong đoạn luyện của tháp chóp4.2.1.2.
- Khi tính toán đƣờng kính cần biết trƣớc tốc độ khí đi trong tháp. Tốc độ khí
phụ thuộc vào cấu tạo tháp, chế độ làm việc, khối lƣợng riêng, mật độ tƣới ... Công
thức tính tốc độ khí (hơi) trung bình đi trong đoạn luyện của tháp chóp
y y tb(dl) xtb(dl) ytb(d )
2
l( ) 0.065 (x) h kg/m .( s)       [2 – 184 – IX.105]
- Hệ số (x) phụ thuộc sức căng bề mặt, khi 20  (dyn/cm) thì (x) 0.8  ,
khi 20  (dyn/cm) thì (x) 1 
Chất
Nhiệt độ, 0
C
-200
C 00
C 200
C 300
C 400
C 600
C 800
C 1000
C 1200
C
CS2 38,3 35,3 32,3 30,8 29,4 26,5 23,6 20,7 17,8
CCl4 31 29,4 25,7 25,5 24,4 22,4 19,6 17,3 15,1
Bảng 4.2.2. Sức căng bề mặt phụ thuộc nhiệt độ của CS2 và CCl4,
(dyn/cm)[1 – 300 – Bảng I.242]
- Nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn luyện: 0
tb(dl)t 50,75 C . Nội suy dựa
vào bảng 4.2.2 có 2 4CS CCl27,8413; 23,325 (dyn/cm)   
- Sức căng bề mặt của hỗn hợp: 1 2
hh
hh 1 2 1 2
1 1 1  
    
     
[1 – 299]
hh
27,8413 23,325
12,69 20 (dyn/cm) (x) 0,8
27,8413 23,325

       

- Khoảng cách giữa các đĩa h (m) chọn theo đƣờng kính nhƣ 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 0,60
Bảng 4.2.3. Bảng chọn giá trị của khoảng cách giữa các đĩa phụ thuộc
vào đường kính tháp chưng luyện [2 – 184]
- Khối lƣợng riêng trung bình pha lỏng và pha hơi theo nhiệt độ trung bình lần
lƣợt là: 3 3
xtb(dl) ytb(dl)1304,24 ); 3,4955(kg/m (k )g/m   
- Do đó: y y tb(dl)
2
( ) 0,065 0,8 h 1304,24 3,4955 3,511 h kg/m .s)(        
Tốc độ hơi trung bình đi trong đoạn chƣng của tháp chóp4.2.1.3.
- Công thức tính tốc độ khí (hơi) trung bình đi trong đoạn chƣng của tháp chóp
y y tb(dc) xtb(dc) ytb(d )
2
c( ) 0,065 (x) h kg/m .( s)       [2 – 184 – IX.105]
- Nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn chƣng: (d )
0
tb ct 65.5 C . Nội suy dựa

vào bảng 4.2.2 có 2 4CS CCl25,70; 21,63 (dyn/cm)   
- Sức căng bề mặt của hỗn hợp: hh
25,70 21,63
11,75 20(dyn/cm) (x) 0,8
25,70 21,63

      

- Khối lƣợng riêng trung bình pha lỏng và pha hơi theo nhiệt độ trung bình lần
lƣợt là: 3 3
xtb(dc) ytb(dc)1433,46 ); 4,5429(kg/m (kg/m )   
- Do đó: y y tb(dc)
2
( ) 0,065 0,8 h 1433,46 4,5429 4,1963 h kg/m .s)(        
Tính đƣờng kính đoạn luyện của tháp4.2.2.
- Đƣờng kính đoạn luyện: tb
l
y y tb(dl)
g
D 0,0188 (m)
( )
 
 
[2 – 181 – IX.90]
- Tốc độ hơi trung bình đi trong đoạn luyện: y y tb( l)
2
d( ) 3,5 k11 h ( g/m .s)   
- Lƣợng hơi trung bình dòng hơi đi trong đoạn luyện: tbg 26433,4 (kg/h)
- Giả thiết đƣờng kính đoạn luyện Dl>1,8m. Chọn h=0,5m. Do đó:
2
y y tb(dl)( ) 3,511 h 3,51 0,5 2,355 (kg/m .s)      
tb
l
y y tb(dc)
g 26433,4
D 0,0188 0,0188 1,99(m) 1,8(m)
( ) 2,355
      
 
Tính đƣờng kính đoạn chƣng của tháp4.2.3.
- Đƣờng kính đoạn chƣng: tb
c
y y tb(dc)
g
D 0,0188 (m)
( )
 
 
[2 – 181 – IX.90]
- Tốc độ hơi trung bình đi trong đoạn chƣng: y y tb( c)
2
d( ) 4,1963 h (kg/m .s)   
- Lƣợng hơi trung bình dòng hơi đi trong đoạn chƣng: '
tbg 35724,9 (kg/h)
- Giả thiết đƣờng kính đoạn chƣng Dc>1,8m. Chọn h=0,5m. Do đó
2
y y tb(dc)( ) 4,1963 h 4,1963 0,5 2,967 (kg/m .s)      
'
tb
c
y y tb(dc)
g 35724,9
D 0,0188 0,0188 2,06(m) 1,8(m)
( ) 2,967
      
 
- Giả thiết đƣa ra là có thể chấp nhận đƣợc. Tuy nhiên để thuận tiện cho việc
chế tạo, thiết kế nên đƣờng kính đoạn chƣng và đoạn luyện sẽ quy chuẩn về giống
nhau nếu không sai khác quá 20% dựa vào bảng IX.4a. Quan hệ giữa đƣờng kính và
khoảng cách giữa các đĩa [2 – 170] . Quy chuẩn đƣờng kính của tháp D = Dl= Dc = 1,8
m = 1800 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 chƣng và đoạn luyện:
2 2
2tb
l y y tb(dl) 2 2
l
0,0188 g 0,0188 26433,4
D 1,8 (m) ( ) 2,884 (kg/m .s)
D 1,8
 
      

ytb(dl) ytb(
3
dl)
2,799
3,4955 ( ) 0,8249 (m/s)
3
k
,49
m
5
g/
5
      
2 ' 2
2tb
c y y tb(dc) 2 2
c
0,0188 g 0,0188 35724,9
D 1,8 (m) ( ) 3,897 (kg/m .s)
D 1,8
 
      
ytb(dc) ytb(
3
dc)
3,897
4,5429 ( ) 0,8578 (m/s)
4
k
,54
m
9
g/
2
      
4.3. Xác định chiều cao của tháp chƣng luyện
Có nhiều phƣơng pháp xác định chiều cao của tháp chƣng luyện:
- Cách 1: Theo phƣơng trình chuyển khối. Động học của quá trình đƣợc biểu
diễn qua hệ số chuyển khối, còn động lực đƣợc tính theo hiệu số nồng độ (hay gián
tiếp qua số đơn vị chuyển khối)
- Cách 2: Theo số bậc thay đổi nồng độ. Động học của quá trình đƣợc biểu diễn
qua hiệu suất của đĩa (tháp đĩa), còn động lực đƣợc tính gián tiếp qua số bậc thay đổi
nồng độ lí thuyết (số đĩa lí thuyết)
- Cách 3: Theo số đơn vị chuyển khối. Động học quá trình đƣợc biểu diễn qua
số đơn vị chuyển khối tƣơng ứng với một đĩa (tháp đĩa), còn động lực đƣợc tính theo
số đơn vị chuyển khối chung toàn tháp.
Trong đồ án này sử dụng phƣơng pháp số 2. Xác định số đĩa thực tế dựa trên
hiệu suất trung bình:
LT
TT
tb
N
N 

[2 – 170 – IX.59]
Trong đó: +) NLT là số đĩa lí thuyết;
+) 1 n
tb
...
n
   
  là hiệu suất trung bình của thiết bị;
+) 1 n;...;  là hiệu suất của các bậc thay đổi nồng độ;
+) n là số vị trí tính hiệu suất.
 tb f ,    là một hàm số của độ bay hơi tƣơng đối của hỗn hợp và độ nhớt
của hỗn hợp lỏng.
Chất
Độ nhớt ở các nhiệt độ μ.103
. N.s/m2
00
C 100
C 200
C 300
C 400
C 500
C 600
C 800
C 1000
C 1200
C
CS2 0,433 0,396 0,366 0,319 0,29 0,27 0,25 0,21 0,19 0,17
CCl4 1,35 1,13 0,97 0,84 0,74 0,65 0,59 0,472 0,387 0,323
Bảng 4.3.1. Độ nhớt động lực phụ thuộc nhiệt độ của CS2 và CCl4 ở trạng thái lỏng
[1 – 91 – Bảng I.101]
- Công thức tính độ nhớt của hỗn hợp lỏng thƣờng không liên hợp:

hh 1 1 2 2lg x lg x lg ...        [1 – 84 – I.12]
+) 1 2; ;...  là độ nhớt động lực của các cấu tử thành phần
+) x1; x2; ... là nồng độ của các cấu tử trong hỗn hợp
- Hỗn hợp 2 cấu tử 2 2 2 4hh CS CS CS CCllg x lg (1 x ) lg       
- Độ bay hơi tƣơng đối của hỗn hợp:
* *
y (1 y )
x (1 x)

 

[2 – 171 – IX.61]
- Tính tích số α.μ sau đó tra đồ thị hình IX11. Xác định hiệu suất trung bình của
thiết bị [2 – 171] để tìm giá trị η tƣơng ứng.
Xác định số đĩa lí thuyết dựa vào đồ thị Mc Cabe – Thiesel4.3.1.
y (% mol)
x (% mol)
Hình 4.3.1. Đồ thị Mc Cabe xác định số đĩa lí thuyết với Rth=1.9
 Với Rth=1,9, phƣơng trình đƣờng nồng độ làm việc của đoạn luyện là:
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
xPxFxW

y 0,6552x 0,3403  và phƣơng trình đƣờng nồng độ làm việc đoạn chƣng là:
y 1,2872x 0,0029  . Dựng đồ thị Mc Cabe – Thiesel nhƣ đồ thị hình 4.3.1.
 Dựa vào đồ thị 4.3.1. xác định đƣợc:
- Số đĩa lí thuyết đoạn chƣng NLT(c)=8 (đĩa)
- Số đĩa lí thuyết đoạn luyện NLT(l)= 9 (đĩa)
- Số đĩa lí thuyết toàn tháp NLT = 17 (đĩa)
Xác định số đĩa thực tế dựa trên hiệu suất trung bình4.3.2.
 Xét vị trí đĩa tiếp liệu xF = 0,543 (phần mol), 0 0
Ft 55 C .
- Nội suy từ bảng số liệu 4.3.1 có độ nhớt 2 4CS CCl0,26 (cP); 0,619 (cP)   
- Độ nhớt của hỗn hợp:
2 4F F CS F CCl
F
lg x lg (1 x ) lg 0,543 lg0,26 (1 0,543) lg0,62
0,424 (cP)
            
  
- Độ bay hơi tƣơng đối của hỗn hợp:
* *
y (1 y ) 0,754 (1 0,754)
2,58
x (1 x) 0,543 (1 0,543)
 
   
 
- Tính tích số . 2,58 0,424 1,09    . Tra đồ thị hình IX11. Xác định hiệu suất
trung bình của thiết bị [2 – 171] đƣợc giá trị F 0,47 47%  
 Xây dựng bảng số liệu 4.3.2 và 4.3.3 bằng cách tính toán tƣơng tự tại các bậc
thay đổi nồng độ của thiết bị theo thứ tự sau:
- Từ nồng độ CS2 trong pha lỏng (x) xác định nhờ đồ thị hình 4.3.1, xác định nhiệt
độ độ sôi (t0
) và nồng độ CS2 trong pha hơi cân bằng với pha lỏng (y*) dựa vào đồ
thị 4.1.1. Nội suy độ nhớt dựa vào bảng số liệu 4.3.1 từ nhiệt độ sôi đã xác định.
Tính độ nhớt của hỗn hợp. Xác định độ bay hơi tƣơng đối dựa vào x và y*
- Tính tích số α.μ sau đó tra đồ thị hình IX11. Xác định hiệu suất trung bình của
thiết bị [2 – 171] để tìm giá trị η tƣơng ứng.
Vị trí xW 1 2 3 4 5 6 7 xF
x 0.010 0.023 0.049 0.103 0.192 0.320 0.441 0.529 0.543
y* 0.026 0.061 0.129 0.245 0.408 0.564 0.678 0.745 0.754
t 76.1 75.3 73.8 70.9 66.4 61.6 57.8 55.4 55.1
μCS2(cP) 0.218 0.219 0.222 0.228 0.237 0.247 0.254 0.259 0.260
μCCl4(cP) 0.495 0.500 0.509 0.526 0.552 0.580 0.603 0.618 0.619
μhh(cP) 0.492 0.493 0.495 0.495 0.492 0.474 0.449 0.428 0.424
α 2.684 2.775 2.888 2.845 2.897 2.750 2.675 2.600 2.580
α.μhh 1.32 1.37 1.43 1.41 1.42 1.30 1.20 1.11 1.09
η (%) 45 44.5 44 44 44 45 46 47 47
Bảng 4.3.2. Xác định hiệu suất tại các bậc thay đổi nồng độ của đoạn chưng

 Hiệu suất làm việc trung bình của đoạn chƣng:
tb(c)
45 44,5 44 44 44 45 46 47 47
45,2 % 0,452
9
       
   
Vị trí 8 9 10 11 12 13 14 15 16 xP
x 0.617 0.703 0.777 0.837 0.884 0.918 0.945 0.965 0.980 0.987
y* 0.801 0.850 0.889 0.919 0.942 0.959 0.973 0.983 0.990 0.994
t 53.3 51.5 50.1 49.0 48.2 47.6 47.2 46.7 46.6 46.5
μCS2 0.263 0.267 0.270 0.272 0.274 0.275 0.276 0.277 0.277 0.277
μCCl4 0.630 0.641 0.650 0.659 0.666 0.671 0.675 0.680 0.680 0.682
μhh 0.404 0.378 0.354 0.335 0.319 0.307 0.298 0.291 0.285 0.282
α 2.490 2.386 2.290 2.207 2.143 2.078 2.074 2.061 2.036 2.182
α.μhh 1.00 0.90 0.81 0.74 0.68 0.64 0.62 0.60 0.58 0.62
η (%) 47 50.5 51 53.5 54 54.5 55 56 58 55
Bảng 4.3.3 Xác định hiệu suất tại các bậc thay đổi nồng độ của đoạn luyện
 Hiệu suất làm việc trung bình của đoạn luyện:
tb(l)
47 50,5 51 53,5 54 54,5 55 56 58 55
53,5 % 0,535
10
        
   
 Hiệu suất làm việc trung bình của toàn tháp:
1 19
tb
...
49,5% 0,495
19
   
   
 Số đĩa thực tế của đoạn chƣng:
LT(c)
TT(c)
tb(c)
N 8
N 17,7 18
0,452
   

(đĩa)
 Số đĩa thực tế của đoạn luyện:
LT(l)
TT(l)
tb(l)
N 9
N 16,8 17
0,535
   

(đĩa)
 Số đĩa thực tế của toàn tháp: LT
TT
tb
N 17
N 34,3 35
0,495
   

(đĩa)
= NTT(c) + NTT(l) = 18 + 17 = 35 (đĩa)
 Đĩa tiếp liệu là đĩa số 8 tính từ dƣới đáy tháp lên.
Chiều cao của tháp chƣng luyện4.3.3.
 Chiều cao của tháp chƣng luyện:
 TTH N h. h    
+) NTT là số đĩa thực tế
+) h = hchƣng = hluyện = 500 mm = 0,5 m: là khoảng cách giữa hai đĩa
+) δ là chiều dày của đĩa, chọn δ = 3 mm = 0,003 m
+) ∆h là khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy thiết bị (dao động từ 0,8 – 1m),
chọn ∆h = 0,8 m
 Chiều cao của đoạn chƣng:

 C TT(c) 18 (0,5 0,003) 0,4 9,45 (N h mH )      
 Chiều cao của đoạn luyện:
 L TT(l) 17 (0,5 0,003) + 0,4 8,95 (m)H N h      
 Chiều cao của đoạn toàn tháp:
 TTH N h h 35 (0,5 0,003) 0,8 18,4 (m)          .
4.4. Cân bằng nhiệt lƣợng của tháp chƣng luyện
Cân bằng nhiệt lƣợng của hỗn thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu:4.4.1.
QD1 + Qf = QF + Qng1 + Qxq1 [2 – 196 – IX.149]
Trong đó: +) QD1 là nhiệt lƣợng hơi đốt mang vào (J/h)
+) Qf là nhiệt lƣợng do hỗn hợp đầu mang vào (J/h)
+) QF là nhiệt lƣợng do hỗn hợp đầu mang ra (J/h)
+) Qng1 là nhiệt lƣợng do nƣớc ngƣng mang ra (J/h)
+) Qxq1 là nhiệt lƣợng do môi trƣờng xung quanh lấy (J/h)
Nhiệt lƣợng hơi đốt mang vào4.4.1.1.
   D1 1 1 1 1 1 1Q D . D . r C 2 –196 – IX.150    
Trong đó: +) QD1 là nhiệt lƣợng hơi đốt mang vào (J/h)
+) D1 là lƣợng hơi đốt (kg/h)
+) r1 là ẩn nhiệt hóa hơi (J/kg)
+) λ1 là hàm nhiệt (nhiệt lƣợng riêng) của hơi đốt (J/kg)
+) θ1 là nhiệt độ nƣớc ngƣng
+) C1 là nhiệt dung riêng của nƣớc ngƣng (J/kg.độ)
 Do không cần đun nóng quá 1800
C ở đây ta sử dụng loại hơi đốt phổ biến trong
công nghiệp là hơi nƣớc bão hòa.
 Vì nhiệt độ của hỗn hợp đầu là tF=550
C nên nhiệt độ của hơi đốt phải cao, chọn
119,60
C tƣơng ứng với áp suất 2 at [1 – 314 – Bảng I.251. Tính chất hóa lý của
hơi nƣớc bão hòa phụ thuộc vào áp suất]
 Tra bảng tính chất hóa lý của hơi nƣớc bão hòa phụ thuộc áp suất [1 – 314] có
nhiệt hóa hơi r1 = 527,0 (kcal/kg) = 2208.103
(J/kg); nhiệt lƣợng riêng (hàm
nhiệt) λ1 = 646,9 (kcal/kg) = 2710.103
(J/kg)
Nhiệt lƣợng do hỗn hợp đầu mang vào4.4.1.2.
 f f f 2 –196Q F.C . – IXt 1.15
Trong đó: +) Qf là nhiệt lƣợng do hỗn hợp đầu mang vào (J/h)
+) F là lƣợng hỗn hợp đầu (kg/h)
+) Cf là nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu (J/kg.độ)
+) tf là nhiệt độ đầu của hỗn hợp (0
C)
 Bảng nhiệt dung riêng phụ thuộc nhiệt độ của CS2 và CCl4

Chất
Nhiệt dung riêng Cp, J/kg ở nhiệt độ
-200
C 00
C 200
C 400
C 600
C 800
C 1000
C 1200
C
CS2 972 985 996 1015 1025 1040 1055 1070
CCl4 814 839 863 892 922 946 976 1010
Bảng 4.4.1. Nhiệt dung riêng phụ thuộc nhiệt độ của CS2 và CCl4
ở trạng thái lỏng [1 – 171]
 Giả sử gia nhiệt cho hỗn hợp đầu từ tf = 200
C. Từ bảng số liệu 4.4.1 có nhiệt
dung riêng của CS2 và CCl4 ở tf=200
C là CCS2 = 996 ; CCS2 = 863 (J/kg)
 Sử dụng công thức [1 – 152 – I.42] tính nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu:
2 4Cf S F CClF C (1 a ) C 0,37 996 (1 0,37)C 863 912a ,21          (J/kg)
 F = 6,0 (kg/s) = 21600 (kg/h)
 f f fQ F.C .t 21600 912,21 20 394074,72 (J/h) = 394,075 (kJ/h)    
Nhiệt lƣợng do hỗn hợp đầu mang ra4.4.1.3.
 F F F 2 –196Q F.C . – IXt 2.15
Trong đó: +) QF là nhiệt lƣợng do hỗn hợp đầu mang ra (J/h)
+) CF là nhiệt dung riêng của hỗn hợp khi đi ra (J/kg.độ)
+) tf là nhiệt độ hỗn hợp sau khi ra khỏi thiết bị đun nóng (0
C)
 Từ số liệu bảng 4.4.1 sử dụng công thức nội suy tìm giá trị nhiệt dung riêng của
CS2 và CCl4 ở nhiệt độ cuối tF=550
C là CCS2 = 1022,5; CCCl4 = 914,5 (J/kg)
 Sử dụng công thức [1 – 152 – I.42], nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu khi đi ra:
2 4F CS F CClF C (1 a ) C 0,37 1022,5 (1 0,37) 914,5C a J/kg954,46 ( )         
 F F FQ F.C .t 21600 954,46 55 1133898480 (J/h) = 1133898,48 (kJ/h)    
Nhiệt lƣợng do nƣớc ngƣng mang ra4.4.1.4.
 ng1 ng1 1 1 1 1 1Q G .C . D . 2 –197 – IX.15C . 3   
Trong đó: +) Qng1 là nhiệt lƣợng do nƣớc ngƣng mang ra (J/h)
+) Gng1 là lƣợng nƣớc ngƣng, bằng lƣợng hơi đốt (kg/h)
Nhiệt lƣợng do môi trƣờng xung quanh lấy4.4.1.5.
 xq1 1 1 2 –Q 0, 19705 D r – I 154X.  
Trong đó: +) Qxq1 là nhiệt lƣợng mất ra môi trƣờng xung quanh, lấy bằng 5%
nhiệt lƣợng tiêu tốn (J/h)
 Vậy, lƣợng hơi đốt (lƣợng hơi nƣớc) cần thiết để đun nóng dung dịch đầu đến
nhiệt độ sôi tF là: [2 – 197 – IX..155]
F ng1 xq1 f f
3
F
1
1 1
Q Q Q Q Q Q 1133898480 394074,72
D 540,38 (kg/h)
0,95 r 0,9 2208 105
    
   
   
 Nhiệt lƣợng hơi đốt mang vào:

3
D1 1 1Q D . 540,38 2710 10 1464429800 (J/kg) = 1464429,8 (kJ/h)     
 Nhiệt lƣợng nƣớc ngƣng mang ra:
3
ng1 1 1 1 1 1 1Q D .C . D .( r ) 540,38 (2710 2208) 10 271270760 (J/h) = 271270,76 (kJ/h)         
 Nhiệt lƣợng mất ra môi trƣờng xung quanh:
3
xq1 1 1Q 0,05 D r 0,05 540,38 2208 10 59657952 (J/h) = 59657,95 (kJ/h)       
Cân bằng nhiệt lƣợng của tháp chƣng luyện4.4.2.
Tổng nhiệt lƣợng mang vào tháp = Tổng nhiệt lƣợng mang ra khỏi tháp
QF + QD2 + QR = Qy + QW + Qxq2 + Qng2 [2 – 197 – IX.156]
Trong đó: +) QF là nhiệt lƣợng do hỗn hợp đầu mang vào tháp
+) QD2 là nhiệt lƣợng hơi đốt mang vào tháp
+) QR là nhiệt lƣợng do chất lỏng hồi lƣu mang vào
+) Qy là nhiệt lƣợng do hơi nƣớc mang ra ở đỉnh tháp
+) QW là nhiệt lƣợng do sản phẩm mang ra
+) Qxq2 là nhiệt lƣợng tổn thất ra môi trƣờng xung quanh
+) Qng2 là nhiệt lƣợng do nƣớc ngƣng mang ra
Nhiệt lƣợng do hỗn hợp đầu mang vào4.4.2.1.
 F F F 2 –196Q F.C . – IXt 2.15
Trong đó: +) QF là nhiệt lƣợng do hỗn hợp đầu mang vào (J/h)
+) CF là nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu (J/kg.độ)
+) tf là nhiệt độ hỗn hợp sau khi ra khỏi thiết bị đun nóng (0
C)
CS2 và CCl4 ở nhiệt độ cuối tF=550
C là CCS2 = 1022,5; CCCl4 = 914,5 (J/kg)
 Sử dụng công thức [2 – 152 – I.42] tính nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu:
2 4F CS F CClF C (1 a ) C 0,37 1022,5 (1 0,37) 914,5 954,46 (J/kgC a )         
 F = 6,0 (kg/s) = 21600 (kg/h)
 F F FQ F.C .t 21600 954,46 55 1133898480 (J/h) 1133898,48 (kJ/h)     
Nhiệt lƣợng do hơi đốt mang vào đáy tháp4.4.2.2.
  D2 2 2 2 2 2 2Q D . D . r C 2 – 197 – IX.157    
Trong đó: +) QD2 là nhiệt lƣợng hơi đốt mang vào đáy tháp (J/h)
+) D2 là lƣợng hơi đốt cần thiết để đun sôi dung dịch trong đáy
tháp (kg/h)
+) r2 là ẩn nhiệt hóa hơi (J/kg)
+) λ2 là hàm nhiệt (nhiệt lƣợng riêng) của hơi đốt (J/kg)
+) θ2 là nhiệt độ nƣớc ngƣng

 Sử dụng hơi đốt là hơi nƣớc bão hòa, ở nhiệt độ 119,60
C tƣơng ứng với áp suất
2 at [1 – 314 – Bảng I.251]
 Tra bảng tính chất hóa lý của hơi nƣớc bão hòa phụ thuộc áp suất [1 – 314] có
nhiệt hóa hơi r2 = 527,0 (kcal/kg) = 2208.103
(J/kg); nhiệt lƣợng riêng (hàm
nhiệt) λ2 = 646,9 (kcal/kg) = 2710.103
(J/kg)
Nhiệt lƣợng do lƣợng lỏng hồi lƣu mang vào4.4.2.3.
 R R R R 2 – 197 –Q G I.C . 8t X.15
Trong đó: +) QR là nhiệt lƣợng do lƣợng lỏng hồi lƣu (J/h)
+) GR = P.Rx là lƣợng lỏng hồi lƣu (kg/h)
+) CR là nhiệt dung riêng của chất lỏng hồi lƣu (J/kg.độ)
+) tR = tP = 46,50
C là nhiệt độ chất lỏng hồi lƣu (0
C)
+) P = 8136 (kg/h) là lƣợng sản phẩm đỉnh
+) Rx = 1,9 là chỉ số hồi lƣu
 Lƣợng lỏng hồi lƣu: R xG P.R 8136 1,9 15458,4 (kg/h)   
CS2 và CCl4 ở nhiệt độ tR=46,50
C là CCS2 = 1018,25 ; CCCl4 = 901,75 (J/kg)
 Sử dụng công thức [2 – 152 – I.42] tính nhiệt dung riêng của hỗn hợp hồi lƣu:
2 4PR CS P CClC (1 a ) C 0,975 1018,25 (1 0,975) 901,75C a 1015,34 (J/kg)         
 R R R RQ G .C .t 15458,4 1015,34 46,5 729842231,3 (J/h) 729842,231 (kJ/h)     
Nhiệt lƣợng do hơi mang ra ở đỉnh tháp4.4.2.4.
 y x d 2 – 1Q P.(1 97 – IX.159R ).  
Trong đó: +) Qy là nhiệt lƣợng do hơi mang ra ở đỉnh tháp (J/h)
+) λd là hàm nhiệt (nhiệt lƣợng riêng) của hơi ở đỉnh tháp (J/kg)
+)  2 4P Pd CS CCl 2 – 19a (1 a 7)      
 Từ số liệu bảng 4.1.6 sử dụng công thức nội suy tìm giá trị nhiệt hóa hơi của
CS2 và CCl4 ở nhiệt độ tP =46,50
C là rCS2= 84,023(kcal/kg) = 351720,28 (J/kg);
rCCl4= 49,145 (kcal/kg) = 205720,97 (J/kg).
CS2 và CCl4 ở nhiệt độ tP=46,50
C là CCS2 = 1018,25 (J/kg); CCCl4 = 901,75 (J/kg)
 Nhiệt lƣợng riêng của CS2 và CCl4 trong hỗn hợp hơi là:
2 2 2CS P CSCS r t C 351720,28 46,5 1018,25 399068,91 (J/kg)      
4 4 4CCl CCl CP Clr t C 205720,97 46,5 901,75 247652,35 (J/kg)      
 Nhiệt lƣợng riêng của hỗn hợp hơi ở đỉnh tháp:
2 4d CS CP CP la (1 a ) 0,975 399068,91 (1 0,975) 247652,35
395283,5 (J/kg)
         

  

 y x dQ P.(1 R ). 8136 (1 1,9) 395283,5 9326477012 (J/h) 9326477,012 (kJ/h)        
Nhiệt lƣợng do sản phẩm đáy mang ra4.4.2.5.
 W W W 2 – 197 –Q W I.C . 0t X.16
Trong đó: +) QW là nhiệt lƣợng do sản phẩm đáy mang ra (J/h)
+) W là lƣợng sản phẩm đáy tháp (kg/h)
+) CW là nhiệt dung riêng của sản phẩm đáy (J/kg.độ)
+) tW = 760
C là nhiệt độ của sản phẩm đáy (0
C)
 W = 3,74 (kg/s) = 13464 (kg/h)
CS2 và CCl4 ở nhiệt độ tW =760
C là CCS2 = 1037 (J/kg); CCCl4 = 941,2 (J/kg)
 Sử dụng công thức [2 – 152 – I.42] có nhiệt dung riêng của hỗn hợp sản phẩm
đáy: 2 4W W CS W CClC (1 a ) C 0,005 1037 (1 0,005) 941,2C a 941,679 (J/kg)         
 W W WQ W.C .t 13464 941,679 76 963586220,3 (J/h) 963586,22 (kJ/h)     
Nhiệt lƣợng do nƣớc ngƣng mang ra4.4.2.6.
 ng2 ng2 2 2 2 2 2 2 –Q G .C . 1D . 98C . – IX.161   
Trong đó: +) Qng2 là nhiệt lƣợng do nƣớc ngƣng mang ra (J/h)
+) Gng2 là lƣợng nƣớc ngƣng tụ, bằng lƣợng hơi đốt (kg/h)
+) θ2 là nhiệt độ của nƣớc ngƣng (0
C)
Nhiệt lƣợng do môi trƣờng xung quanh lấy4.4.2.7.
 xq2 2 2 2 – 19Q 0,05 D 8 – IXr .162  
Trong đó: +) Qxq2 là nhiệt lƣợng mất ra môi trƣờng xung quanh, lấy bằng 5%
nhiệt lƣợng tiêu tốn ở đáy tháp (J/h)
 Nhƣ vậy: F D2 R y W xq2 ng2Q Q Q Q Q Q Q    
  F 2 2 2 2 R y W 2 2 2 2 2Q D . r C Q Q Q 0,05 D r D .C .          
 Nên lƣợng hơi đốt cần thiết để đun sôi dung dịch ở đáy tháp là:
 y W ng2 xq2 F R
2
2
y W F R
2
3
2
2
Q Q Q Q Q Q
D
Q Q Q Q
D
0,95 r
9326477012 963586220,3 1133898480 729842231,3
D 4017,1 (kg/h
2 –
)
0,95
198 – IX.163
2208 10
    


  
 

 



 

 Nhiệt lƣợng hơi đốt mang vào tháp:
  3
D2 2 2 2 2 2 2Q D . D . r C 4017,1 2710 10 10886341000 (J/h) 10886341 (kJ/h)        

 Nhiệt lƣợng nƣớc ngƣng mang ra:
3
ng2 2 2 2Q D .C . 4017,1 (2710 2208) 10 2016584200 (J/h) 2016584,2 (kJ/h)       
 Nhiệt lƣợng mất ra môi trƣờng xung quanh:
3
xq2 2 2Q 0,05 D r 0,05 4017,1 2208 10 443487800 (J/h) 443487,8 (kJ/h)        
Kiểm tra đƣờng kính thiết kế của tháp4.4.2.8.
Để kiểm tra gần đúng đƣờng kính thiết kế của tháp chƣng luyện có thể sử dụng
quan hệ giữa đƣờng kính của tháp D (m) và tải nhiệt Q (MBTU/h) của thiết bị đun bay
hơi đáy tháp. Do tháp chƣng làm việc ở áp suất khí quyển nên Q = 0,3.D2
[6 – 29].
Tải nhiệt của thiết bị đun bay hơi đáy tháp: Q 10886341000 (J/h) , đổi đơn vị
Q 10,3183 (MBTU/h) → Đƣờng kính của tháp:
Q 10,3183
D 5,865 ft 1,79 (m)
0,3 0,3
    .
Hợp lí với giá trị đƣờng kính D = 1,8 (m) đã tính.
Cân bằng nhiệt lƣợng của thiết bị ngƣng tụ4.4.3.
Nếu chỉ ngƣng tụ hồi lƣu4.4.3.1.
   x n1 n 2 1P.R .r G .C . 2 –t t 819 
Trong đó: +) r là ẩn nhiệt ngƣng tụ của hỗn hợp sản phẩm đỉnh (J/kg)
+) Gn1 là lƣợng nƣớc lạnh tiêu tốn cần thiết (kg/h)
+) Cn là nhiệt dung riêng của nƣớc ở nhiệt độ trung bình (t1+t2)/2
(J/kg.độ)
+) t1, t2 là nhiệt độ vào, ra của nƣớc làm lạnh (0
C)
 Từ số liệu bảng 4.4.1 sử dụng công thức nội suy tìm giá trị ẩn nhiệt hóa hơi của
CS2 và CCl4 ở nhiệt độ tP=46,50
C là rCS2= 84,023(kcal/kg) = 351720,28 (J/kg);
rCCl4= 49,145 (kcal/kg) = 205720,97 (J/kg).
 Ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp sản phẩm đỉnh là: 2 4hh(P) CS CClr r (1 a )a r   P P
0,975 351720,28 (1 0,975) 205720,97 348070,3 (J/kg)     
 Ẩn nhiệt ngƣng tụ của hỗn hợp sản phẩm đỉnh là nt(P) hh(P) 348070,3 (J g)r r /k 
 Chọn nhiệt độ vào của nƣớc làm lạnh t1=200
C, nhiệt độ ra là t2=450
C để tránh
đóng cặn và kết tủa các muối trên bề mặt trao đổi nhiệt.
 Nội suy dựa vào bảng I.149. Nhiệt dung riêng của nƣớc và hơi nƣớc ở 0-5000
C
[1 – 168] xác định giá trị nhiệt dung riêng của nƣớc ở nhiệt độ trung bình
t=(t1+t2)/2=(20+45)/2=32,50
C là Cn = 0,998375 (cal/kg.độ) = 4180 (J/kg.độ)
 Vậy, lƣợng nƣớc lạnh cần tiêu tốn là:  x
n1
2 2 1
P.R .r
G ,k 2 –g / h
C .(t
198 – I 1
)
X. 64
t


n1
8136 1,9 348070,3
G 51489,09 (kg/h)
4180 (45 20)
 
  
 

Nếu ngƣng tụ hoàn toàn4.4.3.2.
   x n n2 2 1P.(R 1).r G .C . 2t t 1– 98  
Trong đó: +) Cn là nhiệt dung riêng của nƣớc làm lạnh (J/kg.độ)
 Giả thiết tƣơng tự với trƣờng hợp chỉ ngƣng tụ hồi lƣu, tính đƣợc lƣợng nƣớc
lạnh cần tiêu tốn là:  x
n2
2 2 1
P.(R 1).r
G , kg/h
C .(t t )
2 – 198 – IX.165



n2
8136 (1,9 1) 348070,3
G 78588,61 (kg/h)
4180 (45 20)
  
  
 
Cân bằng nhiệt lƣợng của thiết bị làm lạnh4.4.4.
Nếu trong thiết bị ngƣng tụ chỉ ngƣng tụ lƣợng hồi lƣu4.4.4.1.
   ' '
P 1 2 n3 n 2 1P. r C .(t t ) G .C 2 – 198 – IX.1. t 66t     
Trong đó: +) CP là nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh đã ngƣng tụ (J/kg.độ)
+) t’1, t’2 là nhiệt độ đầu, cuối của sản phẩm đỉnh đã ngƣng tụ (0
C)
 Nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh đã ngƣng tụ chính bằng nhiệt dung riêng
của lỏng hồi lƣu vào tháp: RP 101 3C 4C 5. (J/kg.độ)
 Ẩn nhiệt ngƣng tụ của hỗn hợp sản phẩm đỉnh là nt(P) hh(P) 348070,3 (J g)r r /k 
 Hỗn hợp sản phẩm đỉnh từ t’1=tP=46,50
C, giả sử đƣợc làm lạnh đến t’2=200
C
 Chọn nhiệt độ vào của nƣớc làm lạnh t1=200
C, nhiệt độ ra là t2=450
C để tránh
đóng cặn và kết tủa các muối trên bề mặt trao đổi nhiệt.
 Nhiệt dung riêng của nƣớc ở nhiệt độ trung bình t=(t1+t2)/2=(20+45)/2=32,50
C
là Cn = 0,998375 (cal/kg.độ) = 4180 (J/kg.độ)
 Vậy, lƣợng nƣớc làm lạnh cần tiêu tốn là:
 
 ' '
P 1 2
n3
n 2 1
P. r C .(t t ) 8136 348070,3 1015,34 (46,5 20)
G 29194,37 (kg/h)
C . t t 4180 (45 20)
         
  
Nếu đã ngƣng tụ hoàn toàn trong thiết bị ngƣng tụ4.4.4.2.
   ' '
P 1 2 n4 n 2 1P.C .(t t ) G .C . t 2 – 198 – IXt .167  
Trong đó: +) CP là nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh đã ngƣng tụ (J/kg.độ)
+) t’1, t’2 là nhiệt độ đầu , cuối của sản phẩm đỉnh đã ngƣng tụ (0
C)
 Giả thiết tƣơng tự với trƣờng hợp thiết bị ngƣng tụ chỉ ngƣng tụ hồi lƣu, tính
đƣợc lƣợng nƣớc lạnh cần tiêu tốn là:, lƣợng nƣớc làm lạnh cần tiêu tốn là:
 
' '
P 1 2
n4
n 2 1
P.C .(t t ) 8136 1015,34 (46,5 20)
G 2094,85 (kg/h)
C . t t 4180 (45 20)
   
  
  
4.5. Tính cơ khí
Tính toán cơ khí là nhằm thiết kế đƣợc tháp chƣng luyện phù hợp với các thông
số công nghệ của quá trình. Do yêu cầu thiết kế tháp chƣng luyện làm việc ở áp suất

khí quyển p=760 mmHg=1,01.105
N/m2
, nhiệt độ làm việc trong khoảng từ 20-1000
C,
nên ta chọn vật liệu chế tạo đƣợc cho toàn bộ tháp chƣng là thép X18H10T.
Thép X18H10T là thép không gỉ trong đó thành phần C<0,1%; crom khoảng
18%, niken khoảng 10% và titan không quá 1-1,5%. Dựa vào số liệu các Bảng XII.4.
Tính chất cơ học của thép tấm [2 – 310], Bảng XII.7. Tính chất vật lý của kim loại đen
và hợp kim của chúng [2 – 313], ta có bảng số liệu một số tính chất của thép X18H10T
nhƣ sau:
Vật liệu
Với tấm thép dày 4-25mm Độ nhớt
va đập,
ak, J/m2
Hệ số giãn
khi kéo ở
20-1000
C,
at
, 1/0
C
Khối
lƣợng
riêng,
ρ, kg/m3
Hệ số dẫn
nhiệt ở
20-1000
C,
λ, W/m.độ
Giới hạn
bền kéo,
ζk, N/m2
Giới hạn bền
chảy,
ζc, N/m2
Thép
X18H10T
550.106
220.106
2,0.10-6
16,6.10-6
7,9.103
16,3
Bảng 4.5.1. Bảng các thông số tính chất của thép X18H10T.
Tính và chọn đƣờng kính của các ống nối4.5.1.
Đƣờng kính ống dẫn và các cửa vào ra của thiết bị phụ thuộc vào lƣu lƣợng
dòng hơi đi trong tháp xác định theo công thức:
V
d [2 369 II.36]
0,785
  

Trong đó: +) V là lƣu lƣợng thể tích của dòng lỏng, m3
/s
+) ω là tốc độ trung bình, m/s
Ống dẫn nhập liệu đầu4.5.1.1.
- Nhiệt độ của hỗn hợp nguyên liệu lỏng vào tháp: 0
F
0
t 55 C
- Dựa vào Bảng số liệu 4.2.1. Khối lƣợng riêng phụ thuộc nhiệt độ của CS2 và
CCl4, sử dụng công thức nội suy xác định đƣợc khối lƣợng riêng của 2 chất tại
nhiệt độ tF=550
C: ρCS2= 1208,25 (kg/m3
); ρCCl4= 1526,75 (kg/m3
)
- Khối lƣợng riêng của hỗn hợp lỏng: 1 2
hh 1 2
1 a a
[1 5 I.2]   
  
- Do đó:
2 4
F F
F
F CS C
3
C l
1 a 1 a 0,37 1 0,37
1391,07 ( )
1208,
k
25 1526,
g/m
75
 
      
  
- Lƣu lƣợng thể tích chất lỏng chảy trong ống: 3 3
F
F 6,0
V 4,31 10 (m /s)
1391,07

   

- Dựa vào Bảng II.2 [1 – 370], với chất lỏng tự chảy ω = 0,1- 0,5 (m/s). Chọn
vận tốc chất lỏng chảy trong ống là: ω = 0,25 (m/s)
- Đƣờng kính trong của ống là:
3
t(F)
4,31 10
d = 0,148m
0,785 0,25





Do an chung cat ben hoa

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Do an chung cat ben hoa

Similar to Do an chung cat ben hoa (20)

Do an chung cat ben hoa