Chap3 chưng.pdf

Chương 3: CHƯNG
3.1 Khái niệm
 Chưng: là phương pháp tách hỗn lỏng thành các cấu tử riêng biệt, dựa trên độ bay
hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp.
 Điểm khác biệt giữa chưng và cô đặc:
− Chưng: các cấu tử đều bay hơi
− Cô đặc: chỉ có dung môi bay hơi còn
chất tan không bay hơi.
 Sản phẩm quá trình chưng:
Xét hỗn hợp lỏng hai cấu tử A (dễ bay hơi)
và B (khó bay hơi) sau khi chưng ta thu được:
• Sản phẩm đỉnh (P): chủ yếu là cấu tử A và
một phần cấu tử B
• Sản phẩm đáy (W): chủ yếu là cấu tử B và một phần cấu tử A
 Hỗn hợp lỏng có n cấu tử thì sau khi chưng thu được n sản phẩm.
Để thu được sản phẩm có độ tinh khiết cao, người ta tiến hành chưng nhiều lần (còn gọi
là chưng luyện).

 Phân loại:
• Áp suất làm việc: chân không, áp suất thường hoặc áp suất cao
• Số lượng cấu tử trong hỗn hợp: hệ hai cấu tử, hệ ba cấu tử hoặc hệ nhiều cấu tử (n > 3)
• Phương thức làm việc: liên tục, gián đoạn
 Ứng dụng: trong các ngành hóa chất, thực phẩm, dầu khí và môi trường.
Ví dụ:
• Chưng cất rượu cồn từ các sản phẩm lên men hoa quả, sắn, gạo …
• Chưng cất khí hóa lỏng để sản xuất ôxy và nitơ ở nhiệt độ -190oC
• Chưng cất dầu mỏ để thu các sản phẩm như xăng dầu, hắc ín …
• Thu hồi và tái chế dung môi và dầu thải trong công nghệ môi trường.
3.2 Cân bằng pha của hỗn hợp hai cấu tử
3.2.1 Khái niệm
Xét hỗn hợp hai cấu tử A (dễ bay hơi) và B (khó bay hơi), thành phần của hỗn hợp được biểu
diễn qua nồng độ phần mol có dạng như sau:
𝑥𝑥𝐴𝐴 + 𝑥𝑥𝐵𝐵 = 1 𝑦𝑦𝐴𝐴 + 𝑦𝑦𝐵𝐵 = 1
Nếu gọi A là cấu tử chìa khóa có nồng độ 𝑥𝑥𝐴𝐴 = 𝑥𝑥 thì nồng độ cấu tử B sẽ là 𝑥𝑥𝐵𝐵 = 1 − 𝑥𝑥𝐴𝐴,
tương tự trong pha hơi 𝑦𝑦𝐴𝐴 = 𝑦𝑦 và 𝑦𝑦𝐵𝐵 = 1 − 𝑦𝑦𝐴𝐴
Đối với hỗn hợp lý tưởng, pha khí và pha lỏng tuân theo định luật Raoult:

𝑝𝑝𝐴𝐴 = 𝑃𝑃𝐴𝐴
𝑏𝑏𝑏
𝑥𝑥 và 𝑝𝑝𝐵𝐵 = 𝑃𝑃𝐵𝐵
𝑏𝑏𝑏
1 − 𝑥𝑥
Đối với hỗn hợp thực có sai lệch so với định luật Raoult, quan hệ trên được thay thế
bằng:
𝑝𝑝𝐴𝐴 = 𝑎𝑎𝐴𝐴𝑃𝑃𝐴𝐴
𝑏𝑏𝑏
𝑥𝑥 và 𝑝𝑝𝐵𝐵 = 𝑎𝑎𝐵𝐵𝑃𝑃𝐵𝐵
𝑏𝑏𝑏
1 − 𝑥𝑥
Trong đó: 𝑎𝑎𝐴𝐴, 𝑎𝑎𝐵𝐵 là hệ số hoạt độ của cấu tử A và B
Nếu gọi 𝛼𝛼 là hệ số bay hơi tương đối:
𝛼𝛼 =
𝑃𝑃𝐴𝐴
𝑏𝑏𝑏
𝑃𝑃𝐵𝐵
𝑏𝑏𝑏 ≥ 1
Nếu 𝛼𝛼 càng lớn thì khả năng tách A ra khỏi B càng dễ. Nếu 𝛼𝛼 = 1 thì không thể tách A ra
khỏi B theo phương pháp chưng thông thường vì khi đó A và B có cùng áp suất ở cùng
một nhiệt độ.
Hỗn hợp lý tưởng: là hỗn hợp mà lực liên kết giữa các phân tử cùng loại và lực liên kết
giữa các phân tử khác loại bằng nhau và chúng hòa tan vào nhau theo bất kể tỷ lệ nào.
Hỗn hợp thực:
• Chúng hoàn toàn tan lẫn, nhưng có sai lệch dương với định luật Raoult:
𝑝𝑝 = 𝑎𝑎. 𝑥𝑥. 𝑃𝑃𝑏𝑏𝑏, với a > 1
Lực liên kết giữa các phân tử cùng loại lớn hơn lực liên kết giữa các phân tử khác
loại.

• Chúng hoàn toan tan lẫn nhưng có sai lệch âm với định luật Raoult
𝑝𝑝 = 𝑎𝑎. 𝑥𝑥. 𝑃𝑃𝑏𝑏𝑏, với a < 1
Lực liên kết giữa các phân tử cùng loại nhỏ hơn lực liên kết giữa các phân tử khác
loại.
 Chúng hoàn toàn tan lẫn nhưng tồn tại điểm đẳng phí. Tại đó áp suất hơi đạt giá trị
cực đại (etylic - nước).
 Chúng hoàn toàn tan lẫn nhưng tồn tại điểm đẳng phí. Tại đó áp suất hơi đạt giá trị
cực tiểu (axit nitric - nước).
 Chúng tan lẫn một phần vào nhau (nước - n-butanol)
 Chúng hoàn tan không tan lẫn vào nhau (benzen - nước, anilin - nước).
3.2.2 Các quan hệ cân bằng của hệ hai cấu tử
3.2.2.1 Đồ thị x - p
Quan hệ này được thiết lập trên cơ sở định luật Raoult,
vớí nhiệt độ không đổi.

3.2.2.2 Đồ thị t - x, y
Ở áp suất không đổi thành cấu tử phân bố trong pha lỏng và pha hơi được biểu diễn
qua đường sôi và đường ngưng tụ. Hai đường này chia không gian đồ thị thành 3 phần:
dưới đường sôi là pha lỏng, trên đường ngưng tụ là pha hơi, phần giữa hai đường là
vùng dị thể lỏng hơi. Nhiệt độ sôi của hai cấu tử là tsA và tsB ở áp suất làm việc. Ở nhiệt
độ t1 nồng độ cấu tử phân bố trong pha lỏng là x1 tương ứng với nồng độ của nó trong
pha hơi ở trạng thái cân bằng là y1.

Quy tắc đòn bẩy:
F - Lượng hỗn hợp đầu, có nồng độ cấu tử dễ bay hơi là xF
W - Lượng lỏng trong hỗn hợp dị thể, có nồng độ cấu tử dễ bay hơi là xW
P - Lượng hơi trong hỗn hợp dị thể, có nồng độ cấu tử dễ bay hơi là yP
Phương trình CBVL:
𝐹𝐹 = 𝑃𝑃 + 𝑊𝑊
𝐹𝐹𝑥𝑥𝐹𝐹 = 𝑃𝑃𝑦𝑦𝑃𝑃 + 𝑊𝑊𝑥𝑥𝑊𝑊
𝑊𝑊
𝑃𝑃
=
𝑦𝑦𝑃𝑃 − 𝑥𝑥𝐹𝐹
𝑥𝑥𝐹𝐹 − 𝑥𝑥𝑊𝑊
=
𝐹𝐹𝐹𝐹
𝑊𝑊𝑊𝑊
3.2.2.3 Đồ thị x – y
Trong chưng luyện đồ thị cân bằng y - x
được sử dụng phổ biến vì động lực được
xác định dễ dàng qua hiệu số nồng độ
của đường cân bằng và đường chéo 𝑦𝑦 = 𝑥𝑥.
Động lực tính qua pha hơi:
∆𝑦𝑦 = 𝑦𝑦∗
− 𝑦𝑦
và động lực tính theo pha lỏng
∆𝑥𝑥 = 𝑥𝑥 − 𝑥𝑥∗

3.3 Chưng đơn giản liên tục
3.3.1 Sơ đồ nguyên lý chưng đơn giản liên tục
Nếu độ bay hơi tương đối của các cấu tử trong hỗn hợp lớn người ta có thể tiến hành
chưng đơn giản.
Chưng bốc hơi
Hỗn hợp đầu vào có nồng độ cấu tử dễ bay hơi xF
sẽ được đun nóng đến nhiệt độ sôi t, trong vùng
lỏng hơi có nồng độ pha hơi 𝑦𝑦𝑃𝑃 > 𝑥𝑥𝐹𝐹 và nồng độ
pha lỏng 𝑥𝑥𝑊𝑊 < 𝑥𝑥𝐹𝐹. Khi đó một lượng hơi P bay
lên cân bằng nhiệt động với lượng lỏng W.
Chưng tiết lưu
Chưng tiết lưu được tiến hành như chưng bốc hơi, song trong hệ thống có bố trí một
van tiết lưu để giảm áp dòng hơi sau khi ra khỏi thiết bị bốc hơi.

Biểu diễn quá trình chưng trên đồ thị t -x, y và x, y
Nếu hỗn hợp đầu được đun nóng đến nhiệt độ ts một lượng hơi bắt đầu bốc lên với nồng độ
ymax cân bằng với nồng độ xF ban đầu.
Khi hỗn hợp được gia nhiệt đến nhiệt độ ngưng tụ tn thì toàn bộ lỏng được bốc hơi và sản
phẩm đỉnh có nồng độ bé nhất ymin và bằng nông độ của hỗn hợp đầu xF, đồng thời sản phẩm
đáy có nồng độ xWmin bé nhất.
Hai trường hợp này không sử dụng vì không có ý nghĩa thực tế, nên phạm vi làm việc thường
trong khoảng:
𝑦𝑦𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 < 𝑦𝑦𝑃𝑃 < 𝑦𝑦𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃
0 < 𝑃𝑃 < 𝐹𝐹

Hai trường hợp này không sử dụng vì không có ý nghĩa thực tế, nên phạm vi làm việc thường
trong khoảng:
𝑦𝑦𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 < 𝑦𝑦𝑃𝑃 < 𝑦𝑦𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃
0 < 𝑃𝑃 < 𝐹𝐹
3.3.2 Cân bằng vật liệu
Các phương trình CBVL:
𝐹𝐹𝑥𝑥𝐹𝐹 = 𝑃𝑃𝑦𝑦𝑃𝑃 + 𝑊𝑊𝑥𝑥𝑊𝑊
𝑊𝑊
𝑃𝑃
=
𝑦𝑦𝑃𝑃 − 𝑥𝑥𝐹𝐹
= 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡

3.4 Chưng luyện liên tục
3.4.1 Sơ đồ chưng luyện
3.4.2 Cân bằng vật liệu
F - Hỗn hợp đầu đi vào tháp, kmol/h
W - Lượng sản phẩm đáy, kmol/h
P - Lượng sản phẩm đáy, kmol/h
xF, xP, xW - nồng độ của hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy, kmol/kmol.
Phương trình CBVL:
Cho cấu tử dễ bay hơi:
𝐹𝐹𝑥𝑥𝐹𝐹 = 𝑃𝑃𝑥𝑥𝑃𝑃 + 𝑊𝑊𝑥𝑥𝑊𝑊
Từ hai phương trình CBVL trên ta có thể tính được lượng sản phẩm đỉnh và lượng sản
phẩm đáy.
Lượng sản phẩm đỉnh:
𝑃𝑃 = 𝐹𝐹
𝑥𝑥𝑃𝑃 − 𝑥𝑥𝑊𝑊

Lượng sản phẩm đáy:
𝑊𝑊 = 𝐹𝐹
𝑥𝑥𝑃𝑃 − 𝑥𝑥𝐹𝐹
𝑥𝑥𝑃𝑃 − 𝑥𝑥𝑊𝑊
3.4.3 Phương trình đường nồng độ làm việc
Những giả thiết:
• Dòng mol pha hơi đi từ dưới lên không đổi trên toàn bộ chiều cao tháp. Dòng mol
pha lỏng đi từ trên xuống không đổi trong đoạn luyện và đoạn chưng, tức là phải
thỏa mãn các điều kiện sau:
− Nhiệt hóa hơi mol của các cấu tử bằng nhau
− Không có nhiệt hòa tan
− Không có nhiệt mất mát ra ngoài môi trường
− Bỏ sự sai lệch về nhiệt lượng riêng của pha lỏng sôi trên các tiết diện khác nhau
• Hỗn hợp đầu vào tháp ở nhiệt độ sôi, 𝑡𝑡𝐹𝐹 = 𝑡𝑡𝑠𝑠
• Hơi tại đỉnh tháp bị ngưng tụ hoàn toàn, 𝑦𝑦𝑃𝑃 = 𝑥𝑥𝑃𝑃
• Hơi bốc lên tại đáy tháp có nồng độ bằng nồng độ sản phẩm đáy, 𝑦𝑦𝑊𝑊 = 𝑥𝑥𝑊𝑊
• Đáy tháp được gia nhiệt gián tiếp
3.4.3.1 Phương trình đường nồng làm việc của đoạn luyện
Cân bằng vật liệu tại một tiết diện bất kỳ:

𝐺𝐺 = 𝐿𝐿 + 𝑃𝑃
𝐺𝐺𝐺𝐺 = 𝐿𝐿𝐿𝐿 + 𝑃𝑃𝑥𝑥𝑃𝑃
Gọi 𝑅𝑅 = �
𝐿𝐿𝐿𝐿
𝑃𝑃 là chỉ số hồi lưu, ta có:
𝑦𝑦 =
𝑅𝑅
𝑅𝑅 + 1
𝑥𝑥 +
𝑥𝑥𝑃𝑃
𝑅𝑅 + 1
Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện đi qua hai điểm
0,
𝑥𝑥𝑃𝑃
𝑅𝑅+1
, 𝑥𝑥𝑃𝑃, 𝑦𝑦𝑃𝑃
Khi 𝑃𝑃 = 0, 𝑅𝑅 → ∞ đường làm việc trùng với đường 𝑦𝑦 = 𝑥𝑥
3.4.3.2 Phương trình đường nồng làm việc của đoạn chưng
Cân bằng vật liệu tại một tiết diện bất kỳ:
𝐺𝐺′
= 𝐿𝐿′
− 𝑊𝑊
𝐺𝐺′
𝑦𝑦 = 𝐿𝐿′
𝑥𝑥 − 𝑊𝑊𝑥𝑥𝑊𝑊
Tại đĩa tiếp liệu:
𝐿𝐿′ = 𝐿𝐿 + 𝐹𝐹
Do theo giả thiết thì 𝐺𝐺 = 𝐺𝐺′
lượng hơi đi trong đoạn chưng và đoạn luyện là như nhau.

Từ phương trình CBVL chung ta có:
𝑊𝑊 = 𝐹𝐹 − 𝑃𝑃
Đặt 𝑓𝑓 = 𝐹𝐹/𝑃𝑃 thì ta có:
𝐿𝐿′
= 𝐿𝐿 + 𝐹𝐹 = 𝑅𝑅 + 𝑓𝑓 𝑃𝑃
𝑊𝑊 = 𝐹𝐹 − 𝑃𝑃 = 𝑓𝑓 − 1 𝑃𝑃
𝐺𝐺′
= 𝐺𝐺 = 𝑅𝑅 + 1 𝑃𝑃
Thay vào (*) ta có:
𝑦𝑦 =
𝑅𝑅 + 𝑓𝑓
𝑅𝑅 + 1
𝑥𝑥 −
𝑓𝑓 − 1
𝑅𝑅 + 1
𝑥𝑥𝑊𝑊

Đây chính là phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng. Phương trình này
đi qua hai điểm:
(xW, yW); (xF, yF) (Giao điểm của hai đường làm việc).
3.4.3.3 Chỉ số hồi lưu tối thiểu
Động lực của quá trình chưng luyện được xác đinh qua hiệu số ∆𝑦𝑦 = 𝑦𝑦∗
− 𝑦𝑦, do đó khi
đường làm việc càng sát đường cân bằng thì động lực càng nhỏ. Mặt khác hệ số góc của
đường làm việc đoạn luyện 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 = 𝑅𝑅/(𝑅𝑅 + 1) nên khi R giảm thì đường làm việc có xu
hướng tiến lại gần đường cân bằng. Như vậy sẽ tồn tại một giá trị R tối thiểu nào đó mà
động lực bằng 0. Để xác định Rmin ta làm như sau: Từ điểm 𝑦𝑦𝑃𝑃 = 𝑥𝑥𝑃𝑃 trên đường chéo kẻ
đường thẳng tiếp tuyến với đường cân bằng, đường tiếp tuyến này cắt đường thẳng
𝑥𝑥 = 𝑥𝑥𝐹𝐹 tại một điểm có tung độ là 𝑦𝑦 = 𝑦𝑦𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹
𝑡𝑡𝑡𝑡𝛼𝛼𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 =
𝑅𝑅𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
𝑅𝑅𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 + 1
=
𝑥𝑥𝑃𝑃 − 𝑦𝑦𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹
Rút ra:
𝑅𝑅𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 =
𝑥𝑥𝑃𝑃 − 𝑦𝑦𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹
𝑦𝑦𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹 − 𝑥𝑥𝐹𝐹

Trường hợp nếu đường cân bằng
không có điểm uốn thì đường làm việc
ứng với chỉ số hồi lưu tối thiểu đi qua
điểm 𝑥𝑥𝐹𝐹, 𝑦𝑦𝐹𝐹
∗
và chỉ số hồi lưu tối thiểu
xác định theo công thức sau:
𝑅𝑅𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 =
𝑥𝑥𝑃𝑃 − 𝑦𝑦𝐹𝐹
∗
𝑦𝑦𝐹𝐹
∗
− 𝑥𝑥𝐹𝐹
3.4.3.4 Chỉ số hồi lưu thích hợp
Xét các trường hợp giới hạn:
𝑅𝑅 → 𝑅𝑅𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑁𝑁𝑙𝑙𝑙𝑙 → ∞
𝑅𝑅 → ∞ 𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑁𝑁𝑙𝑙𝑙𝑙 → 𝑁𝑁𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
Do đó cần phải xác định chỉ số hồi lưu thích hợp để đáp ứng các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. Để
xác định Ropt người ta thường dựa vào điều kiện thể tích tháp nhỏ nhất
Thể tích tháp được xác định qua công thức sau:
𝑉𝑉 = 𝑓𝑓. 𝐻𝐻

Trong đó f là tiết diện ngang của tháp, H là chiều cao tháp
𝑓𝑓~ 𝑅𝑅 + 1 ; 𝐻𝐻~𝑁𝑁𝑙𝑙𝑙𝑙
Do đó để tìm thể tích tháp nhỏ nhất ta sẽ
khảo sát tích 𝑅𝑅 + 1 𝑁𝑁𝑙𝑙𝑙𝑙 theo R
Xác định Rmin
Cho tùy ý các giá trị Ri lớn hơn Rmin,
ứng với mỗi giá trị Ri vẽ các đường làm việc
của đoạn chưng và đoạn luyện và xác định
số đĩa lý thuyết tương ứng.
Vẽ đường cong 𝑓𝑓 𝑅𝑅 = 𝑅𝑅 + 1 𝑁𝑁𝑙𝑙𝑙𝑙
tìm điểm cực tiểu, qua đó sẽ xác định Ropt.

3.4.3.5 Tính lượng hơi và lượng lỏng đi trong tháp:
Lượng lỏng đi trong đoạn luyện:
𝐿𝐿 = 𝑅𝑅. 𝑃𝑃
Lượng hơi đi trong đoạn luyện:
𝐺𝐺 = 𝑅𝑅 + 1 𝑃𝑃
Nếu nhiệt độ hỗn hợp đầu bằng nhiệt độ sôi thì:
Lượng hơi đi trong đoạn chưng:
𝐺𝐺′
= 𝐺𝐺 = 𝑅𝑅 + 1 𝑃𝑃
Lượng lỏng đi trong đoạn chưng:
𝐿𝐿′
= 𝐿𝐿 + 𝐹𝐹 = 𝑅𝑅 + 𝑓𝑓 𝑃𝑃
Với
𝑅𝑅 =
𝑅𝑅
𝑃𝑃
𝑣𝑣𝑣 𝑓𝑓 =
𝐹𝐹
𝑃𝑃
3.4.3.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ hỗn hợp đầu:

Nhiệt độ của hỗn hợp đầu vào tháp có thể bất kỳ, chứ không phải ở nhiệt độ sôi như giả
thiết. Với nhiệt độ thay đổi thì trạng thái nhiệt động của hỗn hợp đầu cũng thay đổi.
Điều này dẫn tới lượng lỏng và lượng hơi đi trong tháp cũng thay đổi. Vị trí đĩa tiếp liệu
cũng sẽ thay đổi.
Xét cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng tại đĩa tiếp liệu:
𝐹𝐹 + 𝐿𝐿 + 𝐺𝐺′
= 𝐿𝐿′
+ 𝐺𝐺
𝐹𝐹𝑥𝑥𝐹𝐹 + 𝐿𝐿𝐿𝐿 + 𝐺𝐺′𝑦𝑦′ = 𝐿𝐿′𝑥𝑥′ + 𝐺𝐺𝐺𝐺
𝐹𝐹ℎ𝐹𝐹 + 𝐿𝐿ℎ𝑥𝑥 + 𝐺𝐺′
𝐻𝐻𝑦𝑦
′
= 𝐿𝐿′
ℎ𝑥𝑥
′
+ 𝐺𝐺𝐻𝐻𝑦𝑦
Để đơn giản ta có thể coi:
𝑥𝑥 ≈ 𝑥𝑥′
𝑣𝑣𝑣 𝑦𝑦 ≈ 𝑦𝑦′
ℎ𝑥𝑥 ≈ ℎ𝑥𝑥
′
𝑣𝑣𝑣 𝐻𝐻𝑦𝑦 ≈ 𝐻𝐻𝑦𝑦
′
𝐹𝐹 + 𝐿𝐿 − 𝐿𝐿′
= 𝐺𝐺 − 𝐺𝐺′
𝐹𝐹𝑥𝑥𝐹𝐹 + 𝐿𝐿 − 𝐿𝐿′
𝑥𝑥 = 𝐺𝐺 − 𝐺𝐺′
𝑦𝑦 = (𝐹𝐹 + 𝐿𝐿 − 𝐿𝐿′
)𝑦𝑦
𝐹𝐹 𝑦𝑦 − 𝑥𝑥𝐹𝐹 = 𝐿𝐿′ − 𝐿𝐿 𝑦𝑦 − 𝑥𝑥
Biến đổi tương tự ta cũng có:
𝐹𝐹 𝐻𝐻𝑦𝑦 − ℎ𝐹𝐹 = 𝐿𝐿′ − 𝐿𝐿 𝐻𝐻𝑦𝑦 − ℎ𝑥𝑥

𝐿𝐿′ − 𝐿𝐿
𝐹𝐹
=
𝐻𝐻𝑦𝑦 − ℎ𝐹𝐹
𝐻𝐻𝑦𝑦 − ℎ𝑥𝑥
=
𝑦𝑦 − 𝑥𝑥𝐹𝐹
𝑦𝑦 − 𝑥𝑥
= 𝑞𝑞
𝐿𝐿′
= 𝐿𝐿 + 𝑞𝑞𝑞𝑞
𝑦𝑦 =
𝑞𝑞
𝑞𝑞 − 1
𝑥𝑥 −
1
𝑞𝑞 − 1
𝑥𝑥𝐹𝐹
Đây được gọi là phương trình đường q
mô tả mối quan hệ giữa nồng độ của
hơi và lỏng tại đĩa tiếp liệu. Nếu biết
trạng thái nhiệt động của hỗn hợp đầu
và xF thì phương trình trên có dạng
đường thẳng đi qua hai điểm:
(𝑦𝑦𝐹𝐹, 𝑥𝑥𝐹𝐹), (0,
𝑥𝑥𝐹𝐹
𝑞𝑞
)
Trong thực tế có 5 trạng thái nhiệt động
của hỗn hợp đầu:
• Nhiệt độ hỗn hợp đầu nhỏ hơn nhiệt độ sôi 𝑡𝑡𝐹𝐹 < 𝑡𝑡𝑠𝑠
• Nhiệt độ hỗn hợp đầu bằng nhiệt độ sôi 𝑡𝑡𝐹𝐹 = 𝑡𝑡𝑠𝑠

• Nhiệt độ hỗn hợp đầu 𝑡𝑡𝑠𝑠 < 𝑡𝑡𝐹𝐹 < 𝑡𝑡𝑛𝑛
• Nhiệt độ hỗn hợp đầu bằng nhiệt độ hơi bão hòa 𝑡𝑡𝐹𝐹 = 𝑡𝑡𝑛𝑛
• Nhiệt độ hỗn hợp đầu lớn hơn nhiệt độ hơi bão hòa 𝑡𝑡𝐹𝐹 > 𝑡𝑡𝑛𝑛
3.7 Cân bằng nhiệt lượng của quá trình chưng luyện
Mục đích của cân bằng nhiệt lượng là để:
− xác định lượng nước lạnh cần thiết cho thiết bị ngưng tụ và làm lạnh sản phẩm,
− xác định lượng hơi đốt cần thiết cho thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu và gia nhiệt đáy
tháp
3.7.1 Cân bằng nhiệt lượng của chưng luyện liên tục
3.7.1.1 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun nóng:
𝑄𝑄𝐷𝐷𝐷 + 𝑄𝑄𝐹𝐹 = 𝑄𝑄𝐹𝐹
′
+ 𝑄𝑄𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 + 𝑄𝑄𝑚𝑚
Trong đó:
- Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào, 𝑄𝑄𝐷𝐷𝐷 = 𝐷𝐷1. 𝐻𝐻1 = 𝐷𝐷1 𝑟𝑟1 + 𝜃𝜃1𝐶𝐶1 , 𝑘𝑘𝑘𝑘/ℎ
D1 - Lượng hơi đốt, kg/h; r1 - ẩn nhiệt hóa hơi, kJ/h; H1 - nhiệt lượng riêng của hơi đốt,
kJ/kg; θ1- nhiệt độ của nước ngưng, oC; C1 - nhiệt dung riêng của nước ngưng, kJ/kg.độ.
Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào QF:
𝑄𝑄𝐹𝐹 = 𝐹𝐹𝐶𝐶𝐹𝐹𝑡𝑡𝐹𝐹

Trong đó:
F - Lượng hỗn hợp đầu, kg/h; CF - nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu, kJ/kg độ, tF - nhiệt
độ của hỗn hợp đầu, oC
Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra:
𝑄𝑄𝐹𝐹
′
= 𝐹𝐹𝐶𝐶𝐹𝐹
′
𝑡𝑡𝐹𝐹
′
C’
F - nhiệt dung riêng của hỗn hợp khi đi ra, kJ/kg độ, t’
F - nhiệt độ của hỗn hợp khi đi ra,
oC
Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra Qng1 , kJ/h
𝑄𝑄𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 = 𝐺𝐺𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝐶𝐶1𝜃𝜃1 = 𝐷𝐷1𝐶𝐶1𝜃𝜃1
Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh lấy bằng 5% nhiệt tiêu tốn
𝑄𝑄𝑚𝑚 = 0,05𝐷𝐷1𝑟𝑟1
Lượng hơi đốt tiêu tốn để gia nhiệt hỗn hợp đầu đến nhiệt độ sôi:
𝐷𝐷1 =
𝐹𝐹(𝐶𝐶𝐹𝐹
′
𝑡𝑡𝐹𝐹
′
− 𝐶𝐶𝐹𝐹𝑡𝑡𝐹𝐹)
0,95𝑟𝑟1
, 𝑘𝑘𝑘𝑘/ℎ

3.7.1.2 Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện
𝑄𝑄𝐹𝐹
′
+ 𝑄𝑄𝐷𝐷𝐷 + 𝑄𝑄𝑅𝑅 = 𝑄𝑄𝑦𝑦 + 𝑄𝑄𝑊𝑊 + 𝑄𝑄𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 + 𝑄𝑄𝑚𝑚
Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào tháp QD2:
𝑄𝑄𝐷𝐷𝐷 = 𝐷𝐷2. 𝐻𝐻2 = 𝐷𝐷2 𝑟𝑟2 + 𝜃𝜃2𝐶𝐶2 , 𝑘𝑘𝑘𝑘/ℎ
D2 - Lượng hơi đốt, kg/h; r2 - ẩn nhiệt hóa hơi, kJ/h; H2 - nhiệt lượng riêng của hơi đốt,
kJ/kg; θ2- nhiệt độ của nước ngưng, oC; C2 - nhiệt dung riêng của nước ngưng, kJ/kg.độ.
Nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu về tháp QR
𝑄𝑄𝑅𝑅 = 𝑃𝑃𝑃𝑃𝐶𝐶𝑅𝑅𝑡𝑡𝑅𝑅
Nhiệt lượng do hơi mang ra khỏi đỉnh tháp Qy, kJ/h
𝑄𝑄𝑦𝑦 = 𝑅𝑅 + 1 𝑃𝑃. 𝐻𝐻𝑦𝑦
Trong đó:
𝐻𝐻𝑦𝑦 = 𝑎𝑎1𝐻𝐻𝑦𝑦𝑦 + 𝑎𝑎2𝐻𝐻𝑦𝑦𝑦
a1, a2 - nồng độ phần khối lượng của hai cấu tử trong pha hơi ở đỉnh tháp
Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra QW
𝑄𝑄𝑊𝑊 = 𝑊𝑊𝐶𝐶𝑊𝑊𝑡𝑡𝑊𝑊

3.7.1.3 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ:
Nếu chỉ ngưng tụ hồi lưu:
𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 = 𝐺𝐺1𝐶𝐶1(𝑡𝑡2 − 𝑡𝑡1)
Nếu ngưng tụ hoàn toàn
(1 + 𝑅𝑅)𝑃𝑃𝑃𝑃 = 𝐺𝐺2𝐶𝐶1(𝑡𝑡2 − 𝑡𝑡1)
3.7.2 Cân bằng nhiệt lượng của chưng luyện gián đoạn:
Chưng luyện với 𝑥𝑥𝑃𝑃 = 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 không đổi:
Lượng nhiệt cần thiết phải lấy đi ở thiết bị ngưng tụ:
𝑄𝑄1 = 𝑅𝑅𝑡𝑡𝑡𝑡 + 1 𝑃𝑃. 𝑟𝑟
Chưng luyện với 𝑅𝑅 = 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐
𝑄𝑄1 = (𝑅𝑅 + 1) �
0
𝑃𝑃
𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟
Trong đó:
r - ẩn nhiệt hóa hơi của sản phẩm đỉnh, kJ/kg. Ẩn nhiệt này phụ thuộc vào thành phần
của sản phẩm đỉnh, do đó để tích phân được ta cần thiết lập mối quan hệ giữa r và P.

3.5 Chưng đơn giản gián đoạn
3.5.1 Sơ đồ và nguyên tắc làm việc
Hỗn hợp đầu được nạp vào bình chưng thành từng mẻ, được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi
bằng thiết bị gia nhiệt gián tiếp. Hơi bốc ra khỏi bình chưng qua thiết bị ngưng tụ tạo
thành sản phẩm đỉnh. Trong quá trình chưng nồng độ cấu tử bay hơi trong bình chưng
giảm dần nên nồng độ của sản phẩm đỉnh cũng giảm dần theo thời gian. Quá trình
chưng sẽ dừng lại khi nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong bình chưng giảm đến nồng độ
cho trước.
Chưng gián đoạn đơn giản thường được áp dụng cho các trường hợp sau:
• Khi nhiệt độ sôi của hai cấu tử khác xa nhau
• Khi không đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao
• Tách hỗn hợp ra khỏi tạp chất không bay hơi
• Tách sơ bộ hỗn hợp nhiều cấu tử
3.5.2 Cân bằng vật liệu:
Ký hiệu:
• F - Lượng hỗn hợp đầu vào bình chưng, kmol

• W - Lượng sản phẩm đáy, kmol
• P - Lượng sản phẩm đỉnh, kmol
• xf, xw - nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu và trong sản phẩm đáy, kmol/kmol
• xp - nồng độ trung bình của sản phẩm đỉnh, kmol/kmol
Phương trình CBVL sau một khoảng thời gian dτ:
Tại thời điểm τ lượng lỏng trong bình chưng là L (kmol), nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha
lỏng là x, trong pha hơi là y. Sau khoảng thời gian dτ lượng lỏng bốc hơi một lượng là dL,
nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong bình chưng giảm đi một lượng là dx, trong pha hơi nồng độ
của nó cũng giảm đi một lượng tương ứng là dy. Do đó phương trình CBVL sau khoảng thười
gian dτ có dạng như sau:
𝐿𝐿. 𝑥𝑥 = 𝐿𝐿 − 𝑑𝑑𝑑𝑑 . 𝑥𝑥 − 𝑑𝑑𝑑𝑑 + 𝑑𝑑𝑑𝑑. 𝑦𝑦 − 𝑑𝑑𝑑𝑑
𝐿𝐿. 𝑥𝑥 = 𝐿𝐿. 𝑥𝑥 − 𝐿𝐿. 𝑑𝑑𝑑𝑑 − 𝑑𝑑𝑑𝑑. 𝑑𝑑𝑑𝑑 + 𝑑𝑑𝑑𝑑. 𝑑𝑑𝑑𝑑 + 𝑑𝑑𝑑𝑑. 𝑦𝑦 − 𝑑𝑑𝑑𝑑. 𝑑𝑑𝑑𝑑
Bỏ qua các vi phân bậc hai vì quá nhỏ, ta có:
𝑑𝑑𝑑𝑑
𝐿𝐿
=
𝑑𝑑𝑑𝑑
�
𝑊𝑊
𝐹𝐹
𝑑𝑑𝑑𝑑
𝐿𝐿
= �
𝑥𝑥𝑊𝑊
𝑥𝑥𝐹𝐹
𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑙𝑙𝑙𝑙
𝐹𝐹
𝑊𝑊
= �
𝑥𝑥𝑊𝑊
𝑥𝑥𝐹𝐹
𝑑𝑑𝑑𝑑

Lượng sản phẩm đỉnh thu được:
𝑃𝑃 = 𝐹𝐹 − 𝑊𝑊
Nồng độ trung bình của sản phẩm đỉnh:
𝑥𝑥𝑃𝑃 =
𝐹𝐹. 𝑥𝑥𝐹𝐹 − 𝑊𝑊. 𝑥𝑥𝑊𝑊
𝑃𝑃
3.6 Chưng luyện gián đoạn
3.6.1 Sơ đồ và nguyên tắc
Có thể coi tháp chưng luyện gián đoạn như là đoạn luyện của chưng luyện liên tục. Hỗn
hợp đầu được đưa vào bình chưng thành từng mẻ. Trong bình chưng hỗn hợp được gia
nhiệt gián tiếp đến nhiệt độ sôi và duy trì trạng thái sôi trong suốt quá trình chưng. Hơi
tạo thành bốc lên phía trên đi vào tháp. Quá trình xảy ra trong tháp giống như trong
đoạn luyện của chưng luyện liên tục. Hơi ra khỏi đỉnh tháp đi vào thiết bị ngưng tục hồi
lưu, một phần lấy ra làm sản phẩm đỉnh một phần hồi lưu về đĩa trên cùng của tháp.
Sau khi chưng, sản phẩm đáy được tháo ra và nạp mẻ mới. Quá trình chưng luyện gián
đoạn có thể tiến hành theo hai cách:
• Chưng luyện gián đoạn với chỉ số hồi lưu không đổi (𝑅𝑅 = 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐)
• Chưng luyện gián đoạn với nồng độ sản phẩm đỉnh không đổi 𝑥𝑥𝑃𝑃 = 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐

3.6.2 Chưng luyện gián đoạn với chỉ số hồi lưu không đổi
Cân bằng vật liệu:
𝐹𝐹𝑥𝑥𝐹𝐹 = 𝑃𝑃𝑥𝑥𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 + 𝑊𝑊𝑥𝑥𝑊𝑊
Xét tại thời điểm 𝝉𝝉:
 Lượng lỏng trong bình chưng là L nồng độ cấu tử dễ bay hơi là x.
 Lượng cấu tử dễ bay hơi trong bình chưng là Lx.
Sau khoảng thời gian 𝒅𝒅𝒅𝒅:
 Lượng cấu tử bay hơi giảm đi một lượng là d(Lx).
 Cũng trong thời gian đó thu được lượng sản phẩm đỉnh dL với nồng độ xP,
Lượng sản phẩm đỉnh là xPdL.
Vậy phương trình CBVL cho cấu tử dễ bay hơi trong khoảng thời gian 𝑑𝑑𝑑𝑑 sẽ là:
𝑑𝑑 𝐿𝐿. 𝑥𝑥 = 𝑥𝑥𝑃𝑃𝑑𝑑𝑑𝑑 ℎ𝑎𝑎𝑎𝑎 𝐿𝐿. 𝑑𝑑𝑑𝑑 = 𝑥𝑥𝑝𝑝 − 𝑥𝑥 𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑑𝑑𝑑𝑑
𝐿𝐿
=
𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑥𝑥𝑝𝑝 − 𝑥𝑥
𝑑𝑑𝑑𝑑
𝐿𝐿
=
𝑑𝑑𝑑𝑑
Tích phân hai vế:

�
𝑊𝑊
𝐹𝐹
𝑑𝑑𝑑𝑑
𝐿𝐿
= �
𝑥𝑥𝑊𝑊
𝑥𝑥𝐹𝐹
𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑙𝑙𝑙𝑙
𝐹𝐹
𝑊𝑊
= �
𝑥𝑥𝑊𝑊
𝑥𝑥𝐹𝐹
𝑑𝑑𝑑𝑑
Như vậy để tính được tích phân trên cần phải tìm mối quan hệ giữa xP và x
Phương trình đường nồng độ làm việc trong tháp tương tự như trong đoạn luyện của
chưng luyện liên tục:
𝑦𝑦 =
𝑅𝑅
𝑅𝑅 + 1
𝑥𝑥 +
𝑥𝑥𝑃𝑃
𝑅𝑅 + 1
𝑉𝑉𝑉 𝑅𝑅 = 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 =
𝑅𝑅
𝑅𝑅 + 1
= 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐
Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong bình chưng thay đổi từ 𝑥𝑥𝑊𝑊 ≤ 𝑥𝑥𝑖𝑖 ≤ 𝑥𝑥𝐹𝐹
Nồng độ sản phẩm đỉnh thay đổi trong khoảng từ 𝑥𝑥𝑃𝑃𝑃𝑃 ≤ 𝑥𝑥𝑃𝑃𝑃𝑃 ≤ 𝑥𝑥𝑃𝑃0

Các bước tính toán:
Xác định chỉ số hồi lưu tối thiểu 𝑅𝑅𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
ứng với 𝑥𝑥 = 𝑥𝑥𝐹𝐹; 𝑥𝑥𝑃𝑃 = 𝑥𝑥𝑃𝑃0
Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp
𝑅𝑅 = 1,1. . 1,5 𝑅𝑅𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
Vẽ đường nồng độ làm việc và xác định
số đĩa lý thuyết là N, số đĩa này sẽ không
thay đổi trong suốt quá trình chưng.
Cho tùy ý giá trị xp1 kẻ đường làm việc đi
qua xpi trên đường chéo song song với
đường làm việc đi qua xp0. Từ xp1 vẽ số
đĩa lý thuyết là N sẽ xác định được nồng
độ cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng là
x1.
Tiếp tục quá trình cho đến khi 𝑥𝑥 = 𝑥𝑥𝑊𝑊
thì dừng lại.
Như vậy ta sẽ thiết lập được mối quan
hệ giữa xP và x

3.6.3 Chưng luyện gián đoạn với nồng độ sản phẩm đỉnh không đổi
Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong bình chưng thay đổi trong khoảng 𝑥𝑥𝑊𝑊 ≤ 𝑥𝑥𝑖𝑖 ≤ 𝑥𝑥𝐹𝐹,
Nồng độ sản phẩm đỉnh 𝑥𝑥𝑃𝑃 = 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐.
Để thực hiện được cần phải tăng số đĩa lý thuyết (hay nâng chiều cao tháp) hoặc tăng
chỉ số hồi lưu.
Trong thực tế tháp làm việc với chiều cao không đổi nên chỉ có thể thay đổi chỉ số hồi
lưu để bù đắp lại sự giảm nồng độ của cấu tử dễ bay hơi ở đáy tháp. Như vậy độ dốc
của đường làm việc sẽ thay đổi trong suốt quá trình chưng
Cân bằng vật liệu:
𝐹𝐹𝑥𝑥𝐹𝐹 = 𝑃𝑃𝑥𝑥𝑃𝑃 + 𝑊𝑊𝑊𝑊
𝐹𝐹𝑥𝑥𝐹𝐹 = 𝐹𝐹 − 𝑊𝑊 𝑥𝑥𝑃𝑃 + 𝑊𝑊𝑊𝑊
𝑊𝑊 = 𝐹𝐹
𝑥𝑥𝑃𝑃 − 𝑥𝑥
𝑑𝑑𝑑𝑑 =
𝐹𝐹 𝑥𝑥𝑃𝑃 − 𝑥𝑥𝐹𝐹 𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑥𝑥𝑃𝑃 − 𝑥𝑥 2

Cân bằng vật liệu tại đỉnh tháp:
𝐺𝐺𝑦𝑦 = 𝐿𝐿 + 𝑃𝑃 = 𝑅𝑅 + 1 𝑃𝑃
𝑑𝑑𝐺𝐺𝑦𝑦 = 𝑅𝑅 + 1 𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑑𝑑𝑑𝑑 = −𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑑𝑑𝐺𝐺𝑦𝑦 = −𝐹𝐹 𝑥𝑥𝑃𝑃 − 𝑥𝑥𝐹𝐹
𝑅𝑅 + 1 𝑑𝑑𝑑𝑑
Tích phân hai vế phương trình:
�
0
𝐺𝐺𝑦𝑦
𝑑𝑑𝐺𝐺𝑦𝑦 = 𝐹𝐹 𝑥𝑥𝑃𝑃 − 𝑥𝑥𝐹𝐹 �
𝑥𝑥𝑊𝑊
𝑥𝑥𝐹𝐹
𝐺𝐺𝑦𝑦 = 𝐹𝐹 𝑥𝑥𝑃𝑃 − 𝑥𝑥𝐹𝐹 �
𝑥𝑥𝑊𝑊
𝑥𝑥𝐹𝐹
Để tính tích phân trên cần phải thiết lập được mối quan hệ giữa R và x. Muốn vậy ta làm
như sau:
Xác định Rmin từ điều kiện 𝑥𝑥 = 𝑥𝑥𝑊𝑊

Xác định chỉ số hồi lưu cuối của quá
trình chưng:
𝑅𝑅𝑐𝑐 = 2 ÷ 4 𝑅𝑅𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
Vẽ đường nồng độ làm việc ứng với Rc,
xác định số đĩa lý thuyết N, bậc cuối
cùng đi qua xW
Sau đó cho nhiều giá trị chỉ số hồi lưu
khác bé hơn Rc, ứng với mỗi giá trị dựng
đường làm việc và vẽ số đĩa đúng bằng
N đồng thời xác định nồng độ sản phẩm
đáy. Quá trình cứ tiếp tục như vậy đến
khí 𝑥𝑥 = 𝑥𝑥𝐹𝐹 thì dừng lại.
Chỉ số hồi lưu trung bình được xác định
bằng công thức sau:
𝑅𝑅𝑡𝑡𝑡𝑡 =
∫𝑥𝑥𝑊𝑊
𝑥𝑥𝐹𝐹
𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅

3.8 Các phương pháp chưng đặc biệt khác
3.8.1 Chưng bằng hơi nước trực tiếp
3.8.1.1 Nguyên lý chưng hệ chất lỏng không hòa tan vào nhau
Trong thực tế có những chất lỏng không hòa tan hoặc ít hòa tan vào nhau (benzen -
nước, sunfua cacbon - nước). Đối với những hỗn hợp này ta có thể tách bằng phương
pháp lắng gạn. Những tính chất cơ bản của hỗn hợp này:
𝑝𝑝𝐴𝐴 = 𝑃𝑃𝐴𝐴
𝑏𝑏𝑏
, 𝑝𝑝𝐵𝐵 = 𝑃𝑃𝐵𝐵
𝑏𝑏𝑏
𝑃𝑃 = 𝑝𝑝𝐴𝐴 + 𝑝𝑝𝐵𝐵 = 𝑃𝑃𝐴𝐴
𝑏𝑏𝑏
+ 𝑃𝑃𝐵𝐵
𝑏𝑏𝑏
𝑡𝑡ℎℎ
𝑠𝑠
< 𝑡𝑡𝐴𝐴
𝑠𝑠
< 𝑡𝑡𝐵𝐵
𝑠𝑠
Thường người ta ứng dụng tính chất này để chưng các hoionx hợp có nhiệt độ sôi cao,
gồm các cấu tử không hòa tan vào nước.
3.8.1.2 Sơ đồ chưng bằng hơi nước trực tiếp:
Hỗn hợp đầu được nạp liên tục hoặc từng mẻ vào bình chưng, hơi nước được phun
trực tiếp vào khối chất lỏng nhờ bộ phận phân phối. Hơi nước có thể là hơi bão hòa
hoặc hơi quá nhiệt. Trong quá trình tiếp xúc giữa hơi nước và lớp chất lỏng, cấu tử cần
chưng sẽ khuếch tán vào trong hơi. Hỗn hợp hơi nước và cấu tử bay hơi đó được ngưng
tụ và tách thành sản phân trong thiết bị phân ly.

Chưng bằng hơi nước trực tiếp thường được dùng để tách cấu tử không tan trong nước
ra khỏi tạp chất không bay hơi, khi đó sản phẩm ngưng sẽ phân lớp: cấu tử bay hơi và
nước.
Ưu điểm: giảm nhiệt độ sôi của hỗn hợp, nghĩa là có thể chưng ở nhiệt độ thấp hơn
nhiệt độ sôi từng cấu tử. Điều này rất có lợi đối với các chất hữu cơ dễ bị phân hủy ở
nhiệt độ cao, hoặc những chất có nhiệt độ sôi quá cao.
Chưng bằng hơi nước có thể làm việc theo phương thức liên tục hoặc gián đoạn.
Lượng hơi nước tiêu tốn bao gồm:
• Lượng hơi nước tiêu tốn để gia nhiệt gián tiếp hỗn hợp đến nhiệt độ sôi.
• Lượng hơi sục trực tiếp vào hỗn hợp
Giới hạn nhiệt độ chưng
Lượng hơi nước tiêu tốn
Lượng hơi nước tiêu tốn có thể xác định theo công thức sau:
𝐺𝐺𝐴𝐴
𝐺𝐺𝐵𝐵
=
𝑃𝑃𝐴𝐴𝑀𝑀𝐴𝐴
𝑃𝑃𝐵𝐵𝑀𝑀𝐵𝐵
𝜑𝜑

Trong đó:
GA, GB - Lượng cấu tử A và cấu tử B (B là hơi nước);
PA, PB - áp suất hơi bão hòa của các cấu tử;
MA, MB - Khối lượng mol của các cấu tử.
ϕ - Hệ số bão hòa, phụ thuộc vào chế độ thủy động của quá trình chưng (chế độ sủi
tăm, chế độ bọt và chế độ tia). ϕ xác định bằng các phương trình thực nghiệm

3.8.2 Chưng luyện hỗn hợp đẳng phí
Đối với các hỗn hợp gồm các cấu tử có nhiệt độ sôi giống nhau hoặc rất gần nhau hay
tạo thành hỗn hợp đẳng phí không thể dùng phương pháp chưng luyện thông thường
để tách (dù tháp vô cùng cao với lượng hồi lưu lớn). Để tách những hỗn hợp như vậy
người ta thường bổ sung thêm cấu tử phân ly R vào hỗn hợp. Tùy thuộc vào độ bay hơi
tương đối của R mà có các sơ đồ chưng khác nhau:

R có độ bay hơi bé: Khi thêm vào đỉnh tháp sẽ tạo thành hỗn hợp (R + B) có độ bay hơi
bé, còn cấu tử A có độ bay hơi lớn hơn. Hỗn hợp R và B có độ bay hơi khác nhau nên dễ
tách bằng phương pháp chưng luyện thông thường. Phương pháp này được gọi là
phương pháp chưng luyện trích ly.
R có độ bay hơi lớn: Khi thêm vào đỉnh tháp sẽ tạo thành hỗn hợp đẳng phí với cấu tử A
có độ bay hơi lớn. Như vậy tại đỉnh tháp thu được hỗn hợp đẳng phí còn đáy tháp thu
được cấu tử B khó bay hơi. Phương pháp này sẽ rất kinh tế nếu R và A không tan lẫn khi
đó có thể tách bằng phương pháp phân ly. Phương pháp này được gọi là phương pháp
chưng luyện đẳng phí.

3.8.3 Chưng phân tử
Chưng phân tử được thực hiện ở điều kiện chân
không (0,01 - 0,0001 mmHg).
Ở áp suất này lực hút giữa các phân tử yếu đi và
số lần va chạm giữa chúng giảm làm tăng khoảng
chạy tự do của các phân tử.
Trên cơ sở đó, nếu khoảng cách giữa bề mặt bốc
hơi và bề mặt ngưng tụ nhỏ hơn khoảng chạy tự
do của các phân tử, khi đó các phân tử của cấu tử
dễ bay hơi sẽ rời khỏi bề mặt bốc hơi va chạm
vào bề mặt ngưng tụ và ngưng tụ lại ở đó.
Trong thực tế khoảng cách giữa hai bề mặt từ 20 -
30 mm, chênh lệch nhiệt độ giữa hai bề mặt là
100 oC.

3.9 Cấu tạo và nguyên lý làm việc tháp chưng luyện
3.9.1 Tháp đệm
Tháp đệm thường được dùng trong các quá trình hấp thụ, hấp phụ, chưng luyện và các
quá trình khác.
Cấu tạo
Tháp có thân hình trụ bên trong đổ các đệm. Đệm có nhiều loại: đệm vòng (10 -
100mm), đệm hạt (20 - 100 mm), đệm lưới gỗ …
Yêu cầu chung đối với đệm:
• Có bề mặt riêng lớn (σ, m2/m3)
• Thể tích tự do lớn (Vtd, m3/m3)
• Khối lượng riêng bé
• Bền hóa học
Để tăng khả năng phân tách người ta chọn đệm có kích thước bé, bề mặt riêng lớn, để
tạo khả năng tiếp xúc pha tốt.

Ưu điểm:
• Có bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao,
• Cấu tạo đơn giản
• Trở lực trong tháp không lớn
• Giới hạn làm việc tương đối rộng
Nhược điểm:
• Khó làm ướt đều đệm.
• Hiệu ứng thành thiết bị: khi tháp quá cao
lỏng có xu hướng chảy ra phía thành thiết
bị, làm giảm khả năng tiếp xúc pha giữa các
pha. Để giảm hiện tượng này người ta
thường chia tháp thành nhiều đoạn, giữa
mỗi đoạn có đặt thêm bộ phân phối lại
chất lỏng.

Nguyên lý làm việc:
Trong tháp đệm, lỏng chảy từ trên xuống, phân bố đều trên bề mặt đệm, khí đi từ dưới
lên phân tán vào trong lỏng xảy ra quá trình chuyển khối. Cường độ chuyển khối phụ
thuộc vào chế độ thủy động của tháp.
Tùy thuộc vào vận tốc khí mà chế độ thủy động trong tháp đệm là chế độ dòng, xoáy
hay sủi bọt.
• Chế độ dòng: vận tốc khí còn bé, Fpt > Fms, tốc độ chuyển khối quuyết định bởi KTPT.
• Chế độ quá độ: tăng dần vận tốc khí đến khi Fpt = Fms, tốc độ chuyển khối phụ thuộc
vào KTPT và KTĐL. Tháp chuyển sang chế độ quá độ.
• Chế độ xoáy: tiếp tục tăng vận tốc khí lên nữa, Fms > Fpt tháp chuyển sang chế độ
xoáy, tốc độ chuyển khối được quyết định bởi KTĐL. Đến một giới hạn nào đó của
vận tốc khí sẽ xảy ra hiện tượng đảo pha. Lúc này chất lỏng sẽ choán toàn bộ tháp và
trở thành pha liên tục, còn khí phân tán vào lỏng và trở thành pha phân tán. Vận tốc
khí ứng với điểm đảo pha gọi là vận tốc đảo pha.
• Chế độ sủi bọt: Tiếp tục tăng vận tốc khí đến khi ω > ωđp Tháp làm việc ở chế độ sủi
bọt, vì khi đó khí sục vào lỏng nên sẽ tạo thành bọt.

3.9.2 Tháp đĩa
Trong tháp đĩa, chất lỏng chuyển động từ trên xuống còn khí đi từ dưới lên. Chúng tiếp
xúc với nhau tại mỗi bậc (đĩa), khác với tháp đệm hai pha lỏng hơi tiếp xúc với nhau liên
tục trên toàn bộ tháp. So với tháp đệm thì tháp đĩa phức tạp hơn và có trở lực lớn hơn
tháp đệm.

Phân loại: Theo kết cấu đĩa và theo sự vận chuyển của lỏng qua lỗ đĩa hoặc theo ống
chảy chuyền giữa các đĩa
Tháp đĩa có ống chảy chuyền và không ống chảy chuyền.
Tháp đĩa lưới, tháp chóp, tháp supap và một số dạng khác
3.9.2.1 Tháp đĩa có ống chảy chuyền
Trong tháp đĩa có ống chảy chuyền, khí và lỏng chuyển động riêng biệt nhau từ đĩa này
qua đĩa khác.
Tháp đĩa chóp: tháp gồm nhiều đĩa, trên đĩa có lắp nhiều chóp. Trên mỗi đĩa có ống
chảy chuyền để vận chuyển chất lỏng từu đĩa này đến đĩa khác. Dố ống chảy chuyền phụ
thuộc vào kichsw thước tháp và lưu lượng lỏng. Ống chảy chuyền được bố trí theo
nhiều cách. Khí đi từ duwowisleen qua ống hơi vào chóp, qua khe chóp để tiếp xúc với
chất lỏng trên đĩa. Chóp thường có dạng tròn, trên thân chóp có xẻ các rãnh có tiết diện
tròn, chữ nhật hoặc răng cưa để khí đi qua.
Hiệu quả của quá trình phụ thuộc rất nhiều vào vận tốc khí, thông thường vận tốc làm
việc của khí nằm trong khoảng: ωgh
d - ωgh
t.
Tháp đĩa lỗ: Tháp có thân hình trụ, bên trong lắp nhiều đĩa, trên mỗi đĩa có đục lỗ hoặc
xẻ rãnh. Chất lỏng chảy từ trên xuống qua các ống chảy chuyền. Khí đi từ dưới lên qua lỗ
hoặc rãnh. Tổng tiết diện lỗ chiếm 8 - 15% tiết diện tháp. Đường kính lỗ từ 3 - 8 mm.

Chế độ làm việc của tháp:
• Chế độ sủi bong bóng: vận tốc khí bé, khí qua lỏng dưới dạng từng bong bóng riêng
lẻ. Lúc này chất lỏng vừa đi qua ống chảy chuyền vừa cùng bọt qua lỗ đĩa.
• Chế độ dòng: tăng vận tốc khí lên, khí đi qua lỏng thành tia liên tục, chất lỏng không
lọt qua lỗ đĩa được. Ở chế độ này tháp làm việc đều đặn.
• Chế độ bọt: Tiếp tục tăng vận tốc khí lên nữa đến khi lớp chất lỏng trên đĩa biến mất
mà chỉ còn lớp bọt. Nếu tiếp tiếp tục tăng tốc độ khí sẽ có hiện tượng bắn chất lỏng
3.9.2.2 Tháp đĩa không có ống chảy chuyền
Trong loại tháp này, khí và lỏng cùng chảy qua một lỗ trên đĩa, toàn bộ diện tích đĩa đều
làm việc. Nên hiệu quả của đĩa cao hơn.
Theo cấu tạo của đĩa thì tháp này chia ra làm hai loại là tháp đĩa lỗ và đĩa rãnh.
Tháp đĩa lỗ có thân hình trụ, bên trong có lắp nhiều đĩa, trên mỗi đĩa có đục các lỗ cách
đều. Lỗ có đường kính từ 2 - 8 mm. Tiết diện tự do của đĩa 10 - 30% tiết diện đĩa.
Chế độ làm việc của tháp:
• Chế độ thấm ướt đĩa: khi vận tốc khí còn bé, khí và lỏng không đi qua cùng một lỗ,
chúng tiếp xúc với nhau trên màng chất lỏng.
• Chế độ sủi bọt: khi tăng vận tốc khí đến một giới hạn nào đó, trên đĩa ngoài chất
lỏng còn có bọt.

• Chế độ huyền phù: nếu tiếp tục tăng vận tốc khí thì chất lỏng trên đĩa không còn
nữa mà chỉ còn bọt.
• Chế độ sóng: vận tốc khí tăng đến giới hạn cao, thì xuất hiện các tia khí, gây chấn
động, trở lực đĩa tăng nhanh. Cuối chế độ này sẽ có hiện tượng chất lỏng bị cuốn
theo và không chảy xuống đĩa dưới nữa.
Tháp thường làm việc ở chế độ huyền phù với tốc độ khí 𝜔𝜔 = (0,8 ÷ 0,9)𝜔𝜔𝑔𝑔𝑔
𝑡𝑡

Chap3 chưng.pdf

More Related Content

What's hot

Similar to Chap3 chưng.pdf

Chap3 chưng.pdf