Tính Toán Và Thiết Kế Hệ Thống Trích Ly Cà Phê Công Suất 1000 KgH.docx

Viết đề tài giá sinh viên – ZALO:0973.287.149-TEAMLUANVAN.COM
Tải tài liệu tại kết bạn zalo : 0973.287.149
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TS. Trần Lệ Thu (GVHD)
BÁO CÁO
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM
(Hệ: Đại học chính quy)
Đề tài:
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRÍCH
LY CÀ PHÊ CÔNG SUẤT 1000 Kg/h
Tên sinh viên Lớp Mã sinh viên
Lý Dự 05DHTP2 2005140077
Phan Trần Anh Huy 05DHTP5 2005140215

Trang II
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 7 NĂM 2017

Trang III
LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo trong trường Đại học
Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM nói chung và các thầy cô trong khoa Công nghệ
thực phẩm, bộ môn Kỹ thuật thực phẩm nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt
những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong thời gian qua, giúp em hoàn thành
đồ án này.
Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn đến cô TRẦN LỆ THU, cô đã giúp đỡ, hướng
dẫn và giúp em hoàn thiện những thiếu sót trong suốt quá trình thực hiện đồ án học
phần. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn cô.
Trong quá trình làm đồ án khó tránh khỏi sai sót, rất mong các thầy (cô) bỏ
qua. Đồng thời do chúng em thiếu kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn
hạn chế nên bài báo cáo không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được
ý kiến đóng góp thầy cô để em học thêm nhiều kinh nghiệm và sẽ hoàn thành tốt
hơn bài báo cáo sắp tới.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 7 năm 2017
Sinh viên thực hiện
Lý Dự
Phan Trần Anh Huy

Trang IV
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................III
MỤC LỤC......................................................................................................................IV
DANH MỤC HÌNH....................................................................................................VIII
DANH MỤC BẢNG......................................................................................................IX
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... X
PHẦN MỘT: TỔNG QUAN TRÍCH LY ..................................................................... 1
1.1.Nguyên liệu............................................................................................................. 1
1.1.1. Cà phê nhân................................................................................................... 1
1.1.2. Tiêu chuẩn cà phê nhân................................................................................. 2
1.2.Cơ sở lý thuyết quá trình trích ly........................................................................... 4
1.2.1. Khái niệm:..................................................................................................... 4
1.2.2. Dung môi: ..................................................................................................... 4
1.2.3. Mục đích công nghệ và phạm vi thực hiện................................................... 5
1.2.4. Các biến đổi nguyên liệu............................................................................... 5
1.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng ................................................................................... 6
1.3.Các thiết bị trích ly rắn – lỏng............................................................................... 8
1.3.1. Quá trình không liên tục: .............................................................................. 8
1.3.2. Trích ly nhiều bậc: ........................................................................................ 9
1.3.3. Quá trình liên tục (ổn định)......................................................................... 10
PHẦN HAI: TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ THIẾT BỊ................................................... 15
2.1.Sơ đồ nguyên lí làm việc ....................................................................................... 15
2.2.Cân bằng vật chất ................................................................................................. 15
2.2.1. Các thông số ban đầu .................................................................................. 15
2.2.2. Xác định suất lượng sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy................................ 16

Trang V
2.2.3. Xác định tỷ số hoàn lưu thích hợp .............................................................. 17
2.2.3.1. Tỷ số hoàn lưu tối thiểu........................................................................... 17
2.2.3.2. Tỷ số hoàn lưu làm việc .......................................................................... 18
2.2.4. Phương trình đường làm việc – số mâm lý thuyết...................................... 18
2.2.4.1. Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất............................... 18
2.2.4.2. Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng.......................... 18
2.2.4.3. Vẽ đồ thị chưng cất, xác định số mâm lý thuyết ..................................... 18
2.2.5. Xác định số mâm thực tế - Biểu đồ chưng cất............................................ 19
2.3.Tính toán thiết kế tháp chưng cất.......................................................................... 21
2.3.1. Đường kính tháp ......................................................................................... 21
2.3.2. Đường kính đoạn cất................................................................................... 21
2.3.2.1. Lượng hơi trung bình đi trong tháp ......................................................... 21
2.3.2.2. Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp......................................................... 23
2.3.3. Đường kính đoạn chưng.............................................................................. 25
2.3.3.1. Lượng hơi trung bình đi trong tháp ......................................................... 25
2.3.3.2. Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp......................................................... 26
2.3.4. Trở lực của tháp .......................................................................................... 28
2.3.4.1. Cấu tạo mâm xuyên lỗ............................................................................. 28
2.3.4.2. Độ giảm áp của pha khí đi qua một mâm................................................ 29
2.3.4.3. Kiểm tra ngập lụt khi tháp hoạt động ...................................................... 34
2.3.5. Tính toán thân tháp ..................................................................................... 36
2.3.6. Tính toán đáy và nắp thiết bị....................................................................... 38
2.4.Đường kính ống dẫn, bích ghép các ống đẫn ....................................................... 39
2.4.1. Vị trí nhập liệu ............................................................................................ 40
2.4.2. Ống hơi ở đỉnh tháp .................................................................................... 40
2.4.3. Ống hoàn lưu............................................................................................... 41
2.4.4. Ống dẫn hơi vào đáy tháp ........................................................................... 42
2.4.5. Ống dẫn chất lỏng ở đáy tháp ..................................................................... 43
2.4.6. Ống dẫn chất lỏng từ nồi đun (sản phẩm đáy):........................................... 44
2.4.7. Chân đỡ, tay treo......................................................................................... 45

Trang VI
2.4.7.1. Tính trọng lượng của tháp ....................................................................... 45
2.4.7.2. Chân đỡ tháp............................................................................................ 46
2.4.7.3. Tai treo..................................................................................................... 46
2.5.Tính toán thiết kế thiết bị phụ ............................................................................... 48
2.5.1. Cân bằng năng lượng .................................................................................. 48
2.5.2. Thiết bị đun sôi đáy tháp............................................................................. 48
2.5.2.1. Suất lượng hơi nước cần dùng................................................................. 48
2.5.2.2. Hiệu suất nhiệt độ trung bình .................................................................. 50
2.5.2.3. Xác định hệ số truyền nhiệt..................................................................... 55
2.5.2.4. Xác định bề mặt truyền nhiệt................................................................... 55
2.5.2.5. Cấu tạo thiết bị......................................................................................... 55
2.5.3. Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh ................................................................ 55
2.5.3.1. Suất lượng nước làm nguội sản phẩm đỉnh cần dùng. ............................ 56
2.5.3.2. Hiệu số nhiệt độ trung bình ..................................................................... 56
2.5.3.3. Hệ số truyền nhiệt trung bình .................................................................. 56
2.5.3.4. Xác định hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đỉnh ở ống ngoài:...................... 57
2.5.3.5. Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu:......................................................... 58
2.5.3.6. Xác định hệ số cấp nhiệt của nước đi trong ống trong:........................... 58
2.5.3.7. Xác định hệ số truyền nhiệt:.................................................................... 60
2.5.3.8. Bề mặt truyền nhiệt: ................................................................................ 60
2.5.3.9. Cấu tạo thiết bị:........................................................................................ 60
2.5.4. Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh............................................................... 60
2.5.4.1. Suất lượng nước làm nguội sản phẩm đỉnh cần dùng. ............................ 61
2.5.4.4. Xác định hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đỉnh ở ống ngoài:...................... 62
2.5.4.6. Xác định hệ số cấp nhiệt của nước đi trong ống trong:........................... 64

Trang VII
2.5.4.9. Cấu tạo thiết bị:........................................................................................ 66
2.5.5. Thiết bị gia nhiệt dòng nhập liệu ................................................................ 66
2.5.5.1. Suất lượng nước gia nhiệt dòng nhập liệu cần dùng: .............................. 68
2.5.5.4. Xác định hệ số cấp nhiệt của dòng nhập liệu: ......................................... 69
2.5.5.6. Xác định hệ số cấp nhiệt của nước cấp nhiệt đi trong ống trong: ........... 71
2.5.5.9. Cấu tạo thiết bị:........................................................................................ 72
2.5.6. Bồn cao vị ................................................................................................... 73
2.5.6.1. Tổn thất đường ống dẫn........................................................................... 73
2.5.6.2. Tổn thất đường ống dẫn nhập liệu:.......................................................... 74
2.5.6.3. Chiều cao bồn cao vị: .............................................................................. 76
2.5.7. Bơm............................................................................................................. 77
2.6.Sơ đồ thiết bị chính và thiết bị phụ ....................................................................... 80
KẾT LUẬN.................................................................................................................... 81
PHỤ LỤC 1: CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................... 82
PHỤ LỤC 2: BẢN VẼ THIẾT BỊ CHÍNH................................................................. 83

Trang VIII
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Thiết bị trích ly một bậc ............................................................................ 9
Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lí hệ thống trích ly nhiều bậc ngược dòng........................ 10
Hình 1.3. Trích ly liên tục ........................................................................................ 11
Hình 1.4. Thiết bị trích ly Rotocel............................................................................ 11
Hình 1.5. Thiết bị trích ly Kenedy............................................................................ 12
Hình 1.6. Thiết bị trích ly Bollman .......................................................................... 13
Hình 1.7. Thiết bị trích ly CO2 tới hạn ..................................................................... 14

Trang IX
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Tiêu chuẩn dùng nước trong công nghệ thực phẩm ......................................... 4
Hình 1.1. Thiết bị trích ly một bậc................................................................................... 9
Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lí hệ thống trích ly nhiều bậc ngược dòng .............................. 10
Hình 1.3. Trích ly liên tục............................................................................................... 11
Hình 1.4. Thiết bị trích ly Rotocel .................................................................................. 11
Hình 1.5. Thiết bị trích ly Kenedy .................................................................................. 12
Hình 1.6. Thiết bị trích ly Bollman................................................................................. 13
Hình 1.7. Thiết bị trích ly CO2 tới hạn............................................................................ 14
Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lí hệ thống chưng cất cồn......................................................... 80

Trang X
MỞ ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triển nhanh chóng của xã hội thì yêu cầu về
sự tiện dụng và chất lượng của sản phẩm ngày càng lớn và cà phê hòa tan hay cà
phê uống liền là sự lựa chọn tối ưu cho những người yêu thích cà phê. Đó là một
loại đồ uống bắt nguồn từ cà phê nhưng dưới dạng bột cà phê và đã được nêm nếm
sẵn theo khẩu vị và được chế biến bằng phương pháp rang, xay, sấy khô. Cà phê
hòa tan được sử dụng ngay bằng cách chế với nước sôi và khuấy đều là có thể sử
dụng, không chỉ vậy loại cà phê này có thể bảo quản được lâu và dễ sử dụng. Để
sản xuất được cà phê hòa tan cần phải qua quá trình trích ly và nó là quá trình vô
cùng quan trọng trong việc sản xuất cà phê hòa tan. Chính vì điều đó mà các nhà
máy sản xuất cà phê hòa tan ngày càng cải tiến thiết bị trích ly của mình để quá
trình trích ly được tối ưu hơn.
Mục tiêu của quá trình nghiên cứu này là tính toán thông số liên quan
đến nguyên liệu, thiết bị, để chế tạo một thiết bị trích ly cà phê với công suất 1000
kg/h. Phương pháp nghiên cứu là phân tích tổng hợp lý thuyết và mô hình hóa.
Khi ta thiết kế được một hệ thống trích ly tối ưu hơn điều đó sẽ giúp
công ty làm giảm giá thành sản phẩm kéo theo đó là sẽ hạ được giá thành sản phẩm
cho người tiêu dùng và có sản phẩm chất lượng hơn. Ngoài ra nó còn tạo nguồn
nguyên liệu phong phú cho một số nghành sản xuất thực phẩm khác như: bánh kẹo.
.
Sinh viên thực hiện
Lý Dự
Phan Trần Anh Huy

Trang 1
PHẦN MỘT: TỔNG QUAN TRÍCH LY
1.1. Nguyên liệu
1.1.1. Cà phê nhân
 Thành phần hóa học
Thành phần hóa học trong cà phê nhân biến đổi phụ thuộc vào chủng
loại, độ chín, điều kiện canh tác, phương pháp chế biến và bảo quản:
- Nước
Trong nhân cà phê đã sấy khô, nước còn lại 10-12% ở dạng liên kết. Khi
hàm lượng nước cao hơn hạt cà phê có thể bị nấm móc và hư hỏng. Mặt khác hàm
lượng nước cao có thể làm tăng thể tích bảo quản kho, khó khăn trong quá trình
rang, tốn nhiều nhiên liệu và nhất là làm tổn thất hương cà phê. Hàm lượng nước
sau khi rang còn lại khoảng 2,7%.
- Chất khoáng
Hàm lượng chất khoáng trong cà phê nhân là 3-5%, chủ yếu là kali,
photpho, nitơ, magie, clo. Những chất này ảnh hưởng đến mùi cà phê. Chất lượng
cà phê cao khi lượng chất khoáng càng thấp và ngược lại.
- Glucid
Chiếm khoảng
1
2
trong tổng số chất khô, đại bộ phận không tham gia vào
thành phần nước uống mà chỉ tạo màu và vị caramel. Đường có trong cà phê chủ
yếu do tác dụng của phản ứng thủy phân dưới tác dụng của acid hữu cơ và enzyme
thủy phân. Hàm lượng sacharose có trong cà phê phụ thuộc vàomức độ chín, quả
càng chín thì hàm lượng đường càng cao. Hạt cà phê có chứa nhiều polysaccharied
nhưng phần lớn là bị tách ra sau qua trình trích ly.
- Protein
Hàm lượng protein trong cà phê không cao nhưng đóng vai trò quan
trọng trong việc tạo ra hương vị của sản phẩm. Thành phần protein trong cà phê có
những acid amin sau: cysteine, alanie, lysine, phenilanine, histidine, leusine,... Khi
gia nhiệt các mạch polypeptide bị phân cắt, các acid amin được giải phóng tiếp tục
tham gia vào phản ứng maillard, caramel tạo mùi và vị cho cà phê rang. Trong các

Trang 2
amin kể trên chú ý nhất là các acid amin chứa lưu huỳnh như cysteine, proline,
chúng góp phần làm giảm tốc độ oxi hóa của các chất thơm, làm cho cà phê rang
giữ được mùi vị lâu khi bảo quản.
- Lipid
Hạt cà phê chứ lượng lipid khá lớn( 10-13%). Lipid trong cà phê gồm
chủ yếu trong dầu và sáp. Trong qua trình chế biến lipid bị biến đổi, song một phần
acid béo tham gia phản ứng dưới tác dụng của nhiệt độ cao tạo nên hương thơm cho
sản phẩm, lượng lipid không bị biến đổi là dung môi tốt hòa tan các chất thơm. Khi
pha cà phê thì chỉ một lượng nhỏ lipid đi vào nước còn phần lớn lưu lại trên bã.
- Các alkaloid
Trong cà phê có các alkaloid như caffeine, trigonelline, coline. Trong đó
quan trọng và được nghiên cứu nhiều hơn cả là caffeine, trigonelline.
Caffeine chiếm từ 1-3%, hàm lượng caffein thấp hơn trong chè nhưng nó
kích thích hệ thần kinh với thời gian nhiều hơn.
Trigonelline không có hoạt tính sinh lý, ít tan trong rượu etylic, không
tan trong cloroform và ete, tan nhiều trong nước nóng, nhiệt độ nóng chảy là 218°C.
Tính đáng quý của nó là dưới tác dụng của nhiệt độ cao nó bị thủy phân thành acid
nicotide (tiền vitamin PP).
- Chất thơm
Trong cà phê hàm lượng chất thơm nhỏ, nó được hình thành và tích lũy
trong hạt. Mặt khác nó được hình thành trong quá trình chế biến, đặc biệt trong quá
trình rang.Các chất thơm của cà phê dễ bị bay hơi biến đổi và dẫn đến hiện tượng cà
phê bị mất mùi thơm nên cần bảo quản trong bao bì kín và tiêu thụ nhanh.
1.1.2. Tiêu chuẩn cà phê nhân
Để đánh giá chất lượng cà phê nhân người ta thường dựa vào các tiêu chí
sau:
- Độ ẩm < 13%
- Cỡ hạt đồng đều theo TCVN 4807:2001
- Hàm lượng tạp chất và tỉ lệ các loại cà phê khác nhau
- Tổng trị số lỗi trên 300g mẫu

Trang 3
- Các tính chất cảm quan về màu sắc và thể chất của hạt cà phê
- Nước
Chỉ tiêu Tiêu chuẩn
Chỉ tiêu vật lí
Mùi vị không
Độ trong (ống Dienrent) 100 ml
Chỉ tiêu hóa học
pH 6,0 – 7,8
CaO 50 – 100 mg/l
MgO 50 mg/l
Fe₂O₃ 0.3 mg/l
MnO 0.2 mg/l
BO₄³¯ 1,2 – 2,5 mg/l
SO₄²¯ 0,5 mg/l
NH₄¯ 0,1 -0.3mg/l
NO₂¯ Không
NO₃¯ Không
Pb 0,1 mg/l
As 0,05 mg/l
Cu 2 mg/l
Zn 5 mg/l
F 0,3 – 0,5 mg/l
Chỉ tiêu vi sinh

Trang 4
Tổng số vi sinh vật hiếu khí <100 cfu/ml
Chỉ số Coli ( số Coli/1l nước ) <20
Chuẫn số Coli >50
Vi sinh gây bệnh Không có
Bảng 1.1. Tiêu chuẩn dùng nước trong công nghệ thực phẩm
1.2. Cơ sở lý thuyết quá trình trích ly
1.2.1. Khái niệm:
Trích ly là quá trình hòa tan chọn lọc một hay nhiều cấu tử có trong mẫu
nguyên liệu bằng cách cho nguyên liệu tiếp xúc với dung môi. Động lực học của
quá trình trích ly là sự chênh lệch nồng độ của cấu tử ở trong nguyên liệu và ở trong
dung môi. Đây là một quá trình truyền khối.
Trong quá trình triết ly, dung môi thường ở dạng pha lỏng, còn nguyên
liệu có thể ở dạng pha rắn hoặc pha lỏng. Nếu mẫu nguyên liệu ở dạng pha rắn, quá
trình được gọi là trích ly rắn-lỏng (solid- liquid extraction). Còn nếu mẫu nguyên
liệu ở dạng lỏng thì đây là quá trình trích ly lỏng-lỏng (liquid- liquid extraction).
Trong công nghiệp thực phẩm, các nguyên liệu cần được trích ly thường tồn tại ở
dạng pha rắn.
Trích ly chất rắn là quá trình hòa tan chọn lựa một hay nhiều cấu tử trong
chất rắn bằng cách cho chất rắn tiếp xúc với dung môi lỏng.
1.2.2. Dung môi:
Chọn dung môi trong quá trình trích ly là một vấn đề hết sức quan trọng
để thực hiện quá trình trích ly. Người ta thường chọn những tiêu chí sau đây để lựa
chọn dung môi:
- Dung môi có khả năng hòa tan chọn lọc, tức cấu tử cần thu nhận trong
mẫu nguyên liệu có độ hòa tan cao trong dung môi. Ngược lại, các cấu tử khác có
trong mẫu nguyên liệu cần trích ly thì không hòa tan được trong dung môi hoặc có
độ tan kém hơn.
- Dung môi phải trơ với các cấu tử có trong dịch trích.

Trang 5
- Dung môi không gây hiện tượng ăn mòn thiết bị, khó cháy và không
độc với người sử dụng.
- Dung môi có giá thành thấp, dễ tìm; các nhà sản xuất có thể thu hồi
dung môi sau quá trình trích ly để tái sử dụng.
1.2.3. Mục đích công nghệ và phạm vi thực hiện
- Khai thác: Các quá trình trích ly trong công nghiệp thực phẩm có mục
đích chủ yếu là khai thác do chiết rút các cấu tử cần thu nhận có trong nguyên liệu
ban đầu, làm tăng nồng độ của chúng trong sản phẩm cuối cùng.
- Hoàn thiện: quá trình trích ly có thể hoàn thiện một vài chỉ tiêu chất
lượng của sản phẩm, ví dụ như trích ly caffeine từ trà và cà phê trong công nghệ sản
xuất trà và cà phê nghèo caffeine.
1.2.4. Các biến đổi nguyên liệu
- Hóa lý: là nhóm biến đổi quan trọng trong quá trình trích ly. Đó là sự
hòa tan của các cấu tử từ nguyên liệu (pha rắn) và dung môi (pha lỏng). Cần chú ý,
tùy theo tính chọn lọc của dung môi mà thành phần và hàm lượng các cấu tử hòa tan
thu được trong dịch trích sẽ thay đổi. Thông thường ngoài những cấu tử cần thu
nhận, dịch trích còn chứa một số cấu tử hòa tan khác. Ngoài ra trích ly còn có thể
xảy ra những biến đổi về pha khác như sự bay hơi, sự kết tủa…. Như trong sản xuất
cà phê hòa tan, quá trình trích ly có thể làm tổn thất một số cấu tử hương có trong
nguyên liệu. Điều này ảnh hưởng không tốt đến mùi của bột cà phê hòa tan.
- Vật lý: sự khuếch tán là biến đổi vật lý quan trọng trong quá trình
trích ly. Các phân tử chất tan sẽ dịch chuyển từ tâm của nguyên liệu đến vùng bề
mặt và dịch chuyển từ vùng bề mặt nguyên liệu vào dung môi. Các phân tử dung
môi sẽ khuếch tán từ vùng bên ngoài nguyên liệu vào bên trong cấu trúc các mao
dẫn của nguyên liệu. Sự khuếch tán sẽ giúp cho quá trình chiết rút các cấu tử cần
trích ly từ nguyên liệu vào dung môi xảy ra nhanh và triệt để hơn. Động lực học của
khuếch tán là do chênh lệch nồng độ.
- Hóa học: trong quá trình trích ly, có thể xảy ra các phản ứng hóa học
giữa các cấu tử trong nguyên liệu. Tốc độ của các phản ứng hóa học sẽ gia tăng khi
chúng ta thực hiện quá trình trích ly ở nhiệt độ cao, ví dụ như trong trích ly

Trang 6
triglyceride trong đậu nành, nếu sử dụng nhiệt độ cao dễ làm cho chất béo bị oxy
hóa. Hiện tượng này làm cho dịch trích ly chứa nhiều tạp chất và gây khó khăn cho
những quá trình tinh sạch tiếp theo.
- Hóa sinh và sinh học: khi sử dụng dung môi là nước và trích ly ở
nhiệt độ phòng thì một số biến đổi hóa sinh và sinh học có thể xảy ra. Các enzyme
trong nguyên liệu sẽ xúc tác phản ứng chuyển hóa những cơ chất có nguồn gốc
nguyên liệu. Hệ vi sinh vật trong nguyên liệu sẽ phát triển. Tuy nhiên, khi chúng
ta thực hiện quá trình ở nhiệt độ cao thì biến đổi hóa sinh và sinh học xảy ra
không đáng kể.
1.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng
Hàm mục tiêu của quá trình trích ly là hiệu suất thu hồi cấu tử cần chiết
tách. Đó là tỷ lệ giữa hàm lượng cấu tử trong dung dịch trích ly so với hàm lượng
cảu nó trong nguyên liệu đem trích ly. Gía trị hiệu suất thu hồi cấu tử càng cao thì
việc thực hiện quá trình trích ly sẽ đạt hiệu quả kinh tế càng cao:
- Kích thước nguyên liệu: kích thước nguyên liệu càng nhỏ thì diện tích
tiếp xúc bề mặt giữa nguyên liệu và dung môi sẽ càng lớn. Do đó, việc trích ly các
cấu tử từ nguyên liệu vào dung môi sẽ trở nên dễ dàng hơn. Tuy nhiên, nếu kích
thước của nguyên liệu quá nhỏ thì chi phí cho quá trình nghiền xé nguyên liệu sẽ
gia tăng. Ngoài ra, việc phân riêng pha lỏng và pha rắn khi kết thúc quá trình trích
ly sẽ trở nên khó khăn hơn. Bằng phương pháp thực nghiệm, các nhà sản xuất cần
xác định kích thước phù hợp ứng với từng loại nguyên liệu đem trích ly.
- Tỉ khối lượng giữa nguyên liệu và dung môi: với cùng một lượng
nguyên liệu, nếu ta tăng lượng dung môi sử dụng thì hiệu suất trích ly sẽ tăng theo.
Đó là chênh lệch nồng độ của cấu tử cần trích ly trong nguyên liệu và dung môi sẽ
càng lớn. Tuy nhiên, nếu lượng dung môi sử dụng quá lớn thì sẽ làm loãng dịch
trích. Khi đó, các nhà sản xuất phải thực hiện quá trình cô đặc hoặc xử lý dịch trích
bằng phương pháp khác để tách bớt dung môi. Như vậy, chúng ta cần xác định tỷ lệ
phù hợp giữa khối lượng nguyên liệu và dung môi. Ví dụ như trong sản xuất thức

Trang 7
uống thảo mộc, tỷ lệ khối lượng giữa nguyên liệu và dung môi (nước) thường dao
động trong khoảng 1/6 – 1/10.
- Nhiệt độ trích ly: khi tăng nhiệt độ, các cấu tử sẽ chuyển động nhanh
hơn, do đó sự hòa tan và khuếch tán của cấu tử từ nguyên liệu vào dung môi sẽ
được tăng cường. Ngoài ra, khi nhiệt độ tăng, độ nhớt của dung dịch sẽ giảm, dung
môi dễ dàng xuyên qua lớp nguyên liệu và làm cho diện tích tiếp xúc bề mặt giữa
nguyên liệu và dung môi sẽ càng lớn. Tuy nhiên, việc tăng nhiệt độ trích ly sẽ làm
tăng chi phí năng lượng cho quá trình, đồng thời có thể xảy ra một số phản ứng hóa
học không mong muốn trong dịch trích ly và sự tổn thất các cấu tử hương sẽ tăng.
Do đó các nhà sản xuất sẽ chọn nhiệt độ trích ly tối ưu tùy theo trường hợp cụ thể,
vd như trong sản xuất trà hòa tan quá trình trích ly được thực hiện ở 70-900
C.
- Thời gian trích ly: khi tăng thời gian trích ly thì hiệu suất thu hồi chất
chiết sẽ tăng. Tuy nhiên, nếu thời gian trích ly quá dài thì hiệu suất thu hồi chất
chiết sẽ không tăng thêm đáng kể.
- Tốc độ của dong dung môi chảy qua lớp nguyên liệu trong thiết bị
trích ly: nếu dòng dung môi được bơm với tốc độ cao vào thiết bị chứa nguyên liệu
cần trích ly thì sẽ làm giảm đi kích thước lớp biên bao bọc xung quanh nguyên liệu,
đây là nơi tập trung các cấu tử hòa tan. Do đó, tốc độ trích ly các cấu tử từ nguyên
liệu sẽ gia tăng. Tùy thuộc vào hình dạng thiết bị, kích thước của lớp nguyên liệu
trong thiết bị mà tốc độ dòng dung môi bơm vào thiết bị sẽ được lựa chọn sao cho
thời gian trích ly là ngắn nhất và hồi suất hồi chất chiết là cao nhất.
- Áp suất: trong phương pháp trích ly bằng lưu chất siêu tới hạn, áp suất
và nhiệt độ là hai yếu tố ảnh hưởng quyết định đến hiệu suất thu hồi chất chiết.
Thông thường, khi tăng áp suất và nhiệt độ thì quá trình trích ly diễn ra càng nhanh
và hiệu suất trích ly sẽ tăng theo. Tuy nhiên, việc tăng áp suất sẽ tăng chi phí vận
hành và giá thành thiết bị cũng tăng cao. Trong nghiên cứu trích ly carotenoids và
chlorophyll từ tảo Nannochloropsis gaditana bằng CO2 siêu tới hạn, các nhà khoa
học đã thấy rằng khi áp suất từ 10MPa thì hiệu suất trích ly tăng theo. Tuy nhiên,
nếu tiếp tục tăng áp suất trích ly lên 50MPa thì hiệu suất trích ly bị giảm nhẹ.

Trang 8
1.3. Các thiết bị trích ly rắn – lỏng
1.3.1. Quá trình không liên tục:
Qúa trình không ổn định bao gồm các quá trình trong đó chất rắn và
dung môi được cho tiếp xúc theo từng mẻ hoặc từng mẻ chất rắn được cho tiếp xúc
với dòng ding môi chảy liên tục.
 Thùng trích ly (ngâm trích)
Các hạt rắn có kích thước trung bình thường được trích ly bằng phương
pháp ngâm chiết trong thùng hở. Các thùng nhỏ thường được làm bằng gỗ hoặc kim
loại:
- Quy trình thực hiện
Qúa trình được thực hiện bằng cách cho đầy chất rắn vào thùng, sau đó cho vào
thùng lượng dung môi đủ ngập chất rắn và toàn bộ khối chất rắn được ngâm trong
dung môi trong một thời gian định trước. Trong khoảng thời gian ngâm này dung
môi có thể được cho bơm tuần hoàn. Sau đó chất lỏng được tháo ra ở đáy thùng để
đưa vào hệ thống chưng cất thu hồi dung môi và dung chất. Toàn bộ quá trình được
xem như một bậc. Lặp lại quá trình này nhiều lần cuối cùng sẽ hào tan hết tất cả
dung chất. Một phương pháp thực hiện khác là cho chất lỏng chảy vào và liên tục,
quá trình như vậy tương đương với quá trình nhiều bậc. Trong trường hợp độ giảm
áp của chất lỏng quá lớn khi chảy qua lớp chất rắn thì ta sẽ dùng thùng kín để bơm
chất lỏng qua tầng chất rắn. Thùng kín cũng tránh được sự tổn thất dung môi do quá
trình bay hơi của dung môi dễ bay hơi khi quá trình hoạt động ở nhiệt độ lớn hơn
nhiệt độ sôi.
- Ưu điểm
Phương pháp này rẻ tiền, cấu tạo của các thùng ngâm chiết thay đổi theo bản
chất của chất rắn và chất lỏng cũng như năng suất của quá trình.
- Ứng dụng

Trang 9
Thiết bị trích ly một bậc hiện đang được sử dụng trong sản xuất thức uống thảo
mộc, trà hòa tan, cà phê hòa tan và dầu béo ở quy mô nhỏ.
1.3.2. Trích ly nhiều bậc:
- Nguyên lí hoạt động
Hệ thống gồm có tất cả 14 thiết bị và được ký hiệu từ 1 tới 14. Dung môi
sẽ chuyển động ngược chiều kim đồng hồ, còn các thiết bị trích ly sẽ chuyển động
cùng chiều kim đồng hồ. Dung môi mới nạp vào hệ thống tại thiết bị số 13, còn dịch
trích ly được tháo ra khỏi hệ thống từ thiết bị số 9, các số thiết bị 10,11,12 đặc trưng
cho các công đoạn tháo bã ra khỏi thiết bị, vệ sinh thiết bị và nạp nguyên liệu vào
thiết bị.
Hình 1.1. Thiết bị trích ly một bậc

Trang 10
- Ứng dụngHệ thống trích ly nhiều bậc được sử dụng rộng rãi ở quy mô
công nghiệp để sản xuất cà phê hòa tan, trà hòa tan và đường saccharose ở củ cải
đường. Mỗi thiết bị trên có thể chứa 10 tấn nguyên liệu.
Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lí hệ thống trích ly nhiều bậc ngược dòng
1.3.3. Quá trình liên tục (ổn định)

Trang 11
Ngoài ra còn có một số loại
thiết bị trích ly nhiều bậc hoạt động liên
tục để trích ly dầu thực vật từ các hạt
chứa dầu bằng một số loại dung môi
hữu cơ( chẳng hạn hexan). Dung dịch
dung môi – dầu thường còn lẫn một
lượng nhỏ các hạt rất mịn, lơ lửng gọi là micella.
 Thiết bị trích ly Rotocel:
- Cấu tạo: Thiết bị trích ly
Rotocel gồm thùng tròn có 18 ngăn chứa các
hạt rắn quay chậm trên một thùng cố định.
Hình 1.3. Trích ly liên tục
Hình 1.4. Thiết bị trích ly Rotocel

Trang 12
- Nguyên lý hoạt động: Khi thùng quay chứa các hạt rắn quay chậm
trên một thùng cố định. Khi thùng quay chất rắn sẽ được nạp vào các ngăn và dung
môi được tới lên mỗi ngăn định kỳ để thực hiện quá trình trích ly. Khi quay gần hết
một vòng, chất rắn sẽ tháo qua một ngăn cố định bên dưới và được chuyển ra ngoài.
Dung môi ngấm qua chất rắn vào ngăn cố định bên dưới và được bơm trở lại vào
ngăn chứa chất rắn kế tiếp. Qúa trình trích ly là nghịch dòng và dung dịch đậm đặc
nhất được lấy ra tù ngăn chứa chất rắn mới. Toàn bộ thiết bị được bọc kín trách tổn
thất dung môi.
- Ứng dụng: để trích ly enzyme một cách liên tục từ canh trường nấm
mốc và vi khuẩn.
 Thiết bị trích ly Kenedy:
- Cấu tạo: Thiết bị trích ly gồm nhiều khoang, vật liệu trích ly được đưa
từ khoang này sang khoang khác bằng cánh gat, trong khi dung môi chảy tràn
nghịch chiều. Số khoang của thiết bị được xác định theo yêu cầu của quá trình trích
ly.
- Ứng dụng: Thiết bị trích ly Kenedy thường được dùng trích ly tanin từ
vỏ cây đước, dầu béo thực vật và các quá chất khác.
 Thiết bị trích ly Bollman
Hình 1.5. Thiết bị trích ly Kenedy

Trang 13
Nguyên lý hoạt động: chất rắn
được đặt trong các giỏ có đục lỗ và được gắn
vào hệ thống vận chuyển, có chuyển động đi
xuống ở bên phải hình và đi lên ở bên trái
hình. Khi đi xuống, chất rắn được trích ly
cùng dòng bằng dung môi có chứa một phần
dung chất được bơm từ đáy bên trái thiết bị
lên đỉnh. Chất lỏng chảy qua các giỏ xuống
đến đáy bên phải là dung dịch đậm đặc và
được lấy ra ngoài. Khi đi lên chất rắn được
trích ly bằng dung môi mới để cho dung
dịch có một phần dung chất.
 Thiết bị trích ly CO2 tới hạn:
- Cấu tạo: Hệ thống gồm có các bộ phận chính như sau: bình trích ly
(1), bình phân riêng co2 và chất trích ly(2), thiết bị ngưng tụ co2 (3), thiết bị trao đổi
nhiệt (4), bơm co2 (5).
- Nguyên lý hoạt động: Đầu tiên, người ta sẽ cho nguyên liệu cần trích
ly vào bình (1). Sau đó nạp co2 vào bình (1) để đuổi không khí trong bình (1) ra môi
trường bên ngoài. Tiếp theo, co2 được bơm vào (5) đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt (4)
rồi đi vào bình trích ly (1). Người ta sẽ hiệu chỉnh nhiệt độ và áp suất trong bình (1)
để co2 đạt đến trạng thái siêu tới hạn. Khi kết thúc quá trình trích ly, hỗn hợp trong
bình (1) sẽ được đưa qua bình phân riêng (2). Bằng cách thay đổi áp suất, người ta
tách được co2 và chất chiết. Khi đó, co2 được đưa vào bình (3) và được làm lạnh để
tái sử dụng cho mẻ sản xuất tiếp theo, còn chất chiết sẽ được tháo ra khỏi bình (2)
theo cửa đáy. Song song đó, người ta sẽ tháo bã nguyên liệu và vệ sinh bình trích ly
(1) trước khi thực hiện mẽ kế tiếp.
Hình 1.6. Thiết bị trích ly Bollman

Trang 14
- Ứng dụng: dùng để trích ly béo từ đậu nành, cà phê hòa tan, trà hòa
tan, sản xuất đường từ củ cải đường.
Hình 1.7. Thiết bị trích ly CO2 tới hạn

Trang 15
PHẦN HAI: TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ THIẾT BỊ
2.1. Sơ đồ nguyên lí làm việc
2.2. Cân bằng vật chất
2.2.1. Các thông số ban đầu
- Chọn thiết bị là: Tháp mâm xuyên lỗ, hoạt động liên tục
- Khi chưng cất hỗn hợp Ethanol – nước, thì cấu tử dễ bay hơi là
Ethanol
- Khối lượng phân tử Ethanol: MR = 46 (g/mol), Nước: MN = 18 (g/mol)
- Năng suất nhập liệu: GF = 1000 (Kg/h)
- Nồng độ phần khối lượng nhập liệu: 𝑥𝐹 = 18% phần khối lượng
- Nồng độ phần khối lượng sản phẩm đỉnh: 𝑥𝐷 = 90% phần khối lượng
- Nồng độ phần khối lượng sản phẩm đáy: 𝑥𝑊 = 2% phần khối lượng
Chọn các thông số:
- Nhiệt độ nhập liệu: tF = 280
C.
- Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau khi làm nguội: tD = 320
C.
- Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi trao đổi nhiệt: tW = 600
C.
- Trạng thái nhập liệu là trạng thái lỏng sôi.
Các ký hiệu sử dụng:
- F, D, W, L: suất lượng mol của các dòng nhập liệu, sản phẩm đỉnh,
sản phẩm đáy, dòng hoàn lưu, đơn vị (Kmol/h).
- GF, GD, GW, GL: suất lượng khối lượng của dòng nhập liệu, sản phẩm
đỉnh, sản phẩm đáy, dòng hoàn lưu, đơn vị (Kg/h).
- xF, xD, xW, xL: nồng độ phẩn mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng
của các dòng, đơn vị (phần khối lượng).
- 𝑥𝐹, 𝑥𝐷, 𝑥𝑊, 𝑥𝐿 : nồng độ phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi trong
pha lỏng của các dòng, đơn vị (phần mol).
- 𝑦𝐹
∗
: Nồng độ phần mol của các cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi cân
bằng với pha lỏng của dòng nhập liệu

Trang 16
- Gh: suất lượng khối lượng hỗn hợp hơi ra khỏi đỉnh thiết bị, đơn vị:
(Kg/h)
2.2.2. Xác định suất lượng sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy
Nồng độ phần mol của các dòng: nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản
phẩm đáy. Áp dụng công thức (IX.20), trang 144, tài liệu tham khảo [2]:
 𝑥𝐹 =
𝑥𝐹/𝑀𝑅
𝑥𝐹/𝑀𝑅+(1− 𝑥𝐹)/𝑀𝑁
=
0.18/46
0.18/46+(1− 0.18)/18
= 0.0791 (%mol)
 𝑥𝐷 =
𝑥𝐷/𝑀𝑅
𝑥𝐷/𝑀𝑅+(1− 𝑥𝐷)/𝑀𝑁
=
0.90/46
0.90/46+(1− 0.9)/18
= 0.7788 (%mol)
 𝑥𝑊 =
𝑥𝑊/𝑀𝑅
𝑥𝑊/𝑀𝑅+(1− 𝑥𝑊)/𝑀𝑁
=
0.02/46
0.02/46+(1− 0.02)/18
= 0.0079 (%mol)
Khối lượng trung bình dòng nhập liệu:
 𝑀𝐹 = 𝑥𝐹 ∗ 𝑀𝑅 + (1 − 𝑥𝐹) ∗ 𝑀𝑁 = 0.0791*46 + (1 – 0.0791) * 18
= 20.2148 (Kg/Kgmol)
Gọi
F là lượng nhập liệu ban đầu (phần mol)
⟹ 𝐹 =
𝐺𝐹
𝑀𝐹
=
1000
20.2148
= 49.4687 (Kmol/h).
Suất lượng mol của các dòng:
Gọi:
D là lượng sản phẩm đỉnh (phần mol)
W là lượng sản phẩm đáy (phần mol)
Áp dụng cân bằng vật chất theo suất lượng khối lượng, và nồng độ phần khối
lượng
Ta có hệ phương trình: {
𝐹 = 𝐷 + 𝑊
𝐹 ∗ 𝑥𝐹 = 𝐷 ∗ 𝑥𝐷 + 𝑊 ∗ 𝑥𝑊
Sau khi thay các giá trị có
sẵn:
⟺ {
𝐷 + 𝑊 = 49.4687
𝐷 ∗ 0.7788 + 𝑊 ∗ 0.0079 = 3.9130
⟹ {
𝐷 = 4.5689
𝑊 = 44.8998
(Kmol/h)
Khối lượng trung bình sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy lần lượt là:
𝑀𝐷=𝑀𝑅* 𝑥𝐷+ (1-𝑥𝐷)* 𝑀𝑁 = 0.7788*46+(1-0.7788) *18

Trang 17
= 39.8064(Kg/Kmol)
 𝑀𝑊= 𝑀𝑅* 𝑥𝑊+(1-𝑥𝑊)* 𝑀𝑁=0.0079*46+(1-0.0079) *18
= 18.2212 (Kg/Kmol)
 𝐺𝐷= D*𝑀𝐷= 4.5689 * 39.8064 = 181.8715 (Kg/h)
 𝐺𝑊= W*𝑀𝑊 = 44.8998 * 18.2212 = 818.1282 (Kg/h)
Từ số liệu từ bảng cân bằng lỏng-hơi cho hỗn hợp Ethanol-nước ở 1 atm:
2.2.3. Xác định tỷ số hoàn lưu thích hợp
2.2.3.1. Tỷ số hoàn lưu tối thiểu
Tỉ số hoàn lưu tối thiểu là chế độ làm việc mà tại đó ứng với số mâm lý
thuyết là vô cực. Do đó, chi phí cố định là vô cực nhưng chi phí điều hành (nhiên
liệu, nước và bơm...) là tối thiểu.
Với 𝑥𝐹 = 0.0791 tra đồ thị T-x, y ta được 𝑦𝐹
∗
= 0.3960
Áp dụng công thức (IX.24), trang 158, tài liệu tham khảo [2]:
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
Đường cân
bằng Etanol
Đường chéo
Hình 2.1. Đồ thị biểu diễn cân bằng lỏng - hơi của hỗn hợp Ethanol - Nước

Trang 18
Rmin =
𝑥𝐷− 𝑦𝐹
∗
𝑦𝐹
∗ − 𝑥𝐹
=
0.7788−0.3960
0.3960−0.0791
= 1.2080
2.2.3.2. Tỷ số hoàn lưu làm việc
Áp dụng công thức (IX.25A), trang 158, tài liệu tham khảo [2]:
R = 1.3* Rmin + 0.3 = 1.8703
2.2.4. Phương trình đường làm việc – số mâm lý thuyết
2.2.4.1. Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất
y =
𝑅
𝑅+1
*x+
𝑥𝐷
𝑅+1
=
1.8703
1.8703+1
*x +
0.7788
1.8703+1
= 0.6516x + 0.2713
2.2.4.2. Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng.
𝑦 =
𝑅+𝑓
𝑅+1
∗ 𝑥 −
𝑓−1
𝑅+1
(1)
Với 𝑓 =
𝐹
𝐷
=
49.4687
4.5689
= 10.8273
Thay 𝑓 vào (1) ta được: 𝑦 =
𝑅+𝑓
𝑅+1
∗ 𝑥 −
𝑓−1
𝑅+1
𝑥𝑊
⟺
1.8703 + 10.8273
1.8703+1
∗ 𝑥 −
10.8273−1
1.8703+1
∗ 0.0079
= 4.4238x – 0.0270
2.2.4.3. Vẽ đồ thị chưng cất, xác định số mâm lý thuyết
Bước 1: Vẽ đường cân bằng lỏng-hơi của hỗn hợp Ethanol – Nước
Bước 2: Vẽ đường nhập liệu có phương trính x = xF = 0.0791
Bước 3: Vẽ đường làm việc phần cất có phương trình y = 0.6516x +
0.2713 đi qua 2 điểm F (0.0791; 0.3228), D (0.7788; 0.7788).
Bước 4: Vẽ đường làm viêc phần chưng y = 4.4238x – 0.0270 đi qua 2
điểm W (0.0079; 0.0079) và giao điểm F của đường nhập liệu và đường làm việc
phần luyện.
Bước 5: Vẽ các đường bậc thang giới hạn bởi 2 đường làm việc và
đường cân bằng, đếm số bậc thang là số mâm lý thuyết của tháp chưng cất.

Trang 19
Từ đồ thị trên, ta kết luận:
- Có 3 mâm chưng
- Có 7 mâm cất
- Có 1 mâm nhập liệu
Vậy số mâm lý thuyết, Nlt = 11
2.2.5. Xác định số mâm thực tế - Biểu đồ chưng cất.
 Số mâm thực tế tính theo hiệu suất trung bình:
Ntt =
𝑁𝑙𝑡
𝜂𝑡𝑏
 Trong đó: 𝜂𝑡𝑏 : hiệu suất trung bình của đĩa, là một hàm số của độ
bay hơi tương đối và độ nhớt của hỗn hợp chất lỏng: 𝜂 = (α, µ)
Ntt: số mâm lý thuyết.
Hình 2.2. Đồ thị biểu diễn các đường làm việc và số mâm lý thuyết.

Trang 20
Nlt: số mâm lý thuyết.
 Xác định hiệu suất trung bình của tháp 𝜂𝑡𝑏:
Độ bay hơi tương đối của cấu tử dễ bay hơi:
α =
𝑦∗
1−𝑦∗
*
1−𝑥
𝑥
Với: x: phần mol của rượu trong pha loãng.
y*
: phần mol của rượu trong pha hơi cân bằng với pha lỏng.
 Tại vị trí nhập liệu:
xF = 0.0791 ta tra đồ thị cân bằng của hệ T-x,y ta được : {
𝑦𝐹
∗
= 0.396
𝑡𝐹 = 88.1720
𝐶
αF =
𝑦𝐹
∗
1−𝑦𝐹
∗ *
1−𝑥𝐹
𝑥𝐹
=
0.396
1−0.396
*
1−0.0791
0.0791
=7.6329
Từ 𝑥𝐹 = 18% và tF = 88.1720
C
Tra tài liệu tham khảo [1] ta được: µ = 0.4016 (Cp)
Suy ra: µF*αF = 7.6329*0.4016 = 3.0653
Tra tài liệu tham khảo [2] ta được: ηF = 0.38
 Tại vị trí mâm đáy:
Xw = 0.0079 ta lại tra đồ thị cân bằng của hệ:{
𝑦𝑊
∗
= 0.0524
𝑡𝑊 = 98.49℃
𝑎𝑊 =
𝑦𝑊
∗
1−𝑦𝑊
∗ ∗
1−𝑥𝑊
𝑥𝑊
=
0.0524
1−0.0524
∗
1−0.0079
0.0079
= 6.9444
Từ 𝑥𝑊
̅̅̅̅ = 2%, và tW = 98.49o
C, tra tài liệu tham khảo [1]: µ = 0.2970 (Cp)
⟹ 𝑎𝑊 ∗ 𝜇𝑊 = 6.9444 * 0.2970 = 2.0625, tra tài liệu tham khảo [2]: ηW =
0.4870
 Tại vị trí mâm đỉnh:
XD = 0.7788 ta lại tra đồ thị cân bằng của hệ:{
𝑦𝐷
∗
= 0.8036
𝑡𝐷 = 78.6887℃
𝑎𝐷 =
𝑦𝐷
∗
1−𝑦𝐷
∗ ∗
1−𝑥𝐷
𝑥𝐷
=
0.8036
1−0.8036
∗
1−0.7788
0.7788
= 1.1621
Từ 𝑥𝐷
̅̅̅ =90%, và tD = 78.6887o
C, tra tài liệu tham khảo [1]: µ = 0.5428 (Cp)
⟹ 𝑎𝐷 ∗ 𝜇𝐷 = 1.1621 * 0.5428 = 0.6358, tra tài liệu tham khảo [2]: ηD =
0.5556

Trang 21
⟹ ηtb = (ηF + ηW + ηD) / 3 = (0.38 + 0.4870 + 0.5556) / 3 = 0.4742
 Số mâm thực tế của tháp Ntt:
Ntt =
𝑁𝑙𝑡
η𝑡𝑏
=
11
0.4742
= 23 mâm (đã làm tròn)
Số mâm thực tế là 23 mâm, trong đó có 6 mâm chưng, 16 mâm cất 1
mâm nhập liệu.
2.3. Tính toán thiết kế tháp chưng cất
2.3.1. Đường kính tháp
Dt = √
4𝑉𝑡𝑏
𝜋3600𝜔𝑡𝑏
= 0.0188√
𝑔𝑡𝑏
(𝜌𝑦∗𝜔𝑦)𝑡𝑏
(m)
Vtb: Lượng hơi nước trung bình đi trong tháp (m3
/h)
ωtb: Tốc độ bay hơi trung bình đi trong tháp (m/s)
gtb: Lượng nước hơi trung bình đi trong tháp (kg/h)
 Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng và đoạn cất khác nhau, do
đó đường kính đoạn chưng và đoạn cất cũng khác nhau.
2.3.2. Đường kính đoạn cất
2.3.2.1. Lượng hơi trung bình đi trong tháp
gtb =
𝑔𝑑+𝑔1
2
(Kg/h)
gd: Lượng hơi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (Kg/h)
g1: Lượng hơi đi vào trong đĩa dưới cùng của đoạn cất (Kg/h)
 Xác định gd: gd = GD*(R+1) = 181.8715*(1.8703+1) = 522.0258
(Kg/h)
 Xác định g1= Từ hệ phương trình.
{
𝑔1 = 𝐺1 + 𝐺𝐷
𝑔1 ∗ 𝑦1 = 𝐺1 ∗ 𝑥1 + 𝐺𝐷 ∗ 𝑥𝐷
𝑔1 ∗ 𝑟1 = 𝑔𝑑 ∗ 𝑟𝑑

Trang 22
Với:
- G1: Lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn cất.
- r1: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất đoạn cất.
- rd: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra ở đỉnh tháp.
- ra: ẩn nhiệt hóa hơi của rượu etylic.
- rb: ẩn nhiệt hóa hơi của nước.
- x1 = 𝑥𝐹 = 0.18 (pkl)
 Tính r1
Theo bảng I.212 trang 254, tài liệu tham khảo [1] ta có:
- Ở 600
C:
ra1 = 210 (kcal/kg)
rb1 = 579 (kcal/kg)
- Ở 1000
C
ra2 = 194 (kcal/kg)
rb2 = 539 (kcal/kg)
 Δra = ra2 – ra1 = 194 – 210 = –16 (kcal/kg)
Δrb = rb2 – rb1 = 539 – 579 = – 40 (kcal/kg)
Δt = t2− t1 = 100 – 60 = 400
C

𝛥𝑟𝑎
𝛥𝑡
=
−16
40
= −0.4 (
𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔.độ
)

Δr𝑏
Δt
=
−40
40
= −1 (
𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔.độ
)
 Theo phương pháp nội suy, ta tính ra, rb ở 88.172℃
𝑟𝑎
88.172
= 𝑟𝑎1
60
+
∆𝑟𝑎
∆𝑡
∗ (88.172 − 60) = 210 +
−16
40
∗ 28.172
= 198.7312 (
𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔
)
𝑟𝑏
88.172
= 𝑟𝑏1
60
+
∆𝑟𝑏
∆𝑡
∗ (88.172 − 60) = 579 +
−40
40
∗ 28.172
= 550.828 (
𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔
)
 Vậy 𝑟𝑑 = 𝑟𝑎
88.172
∗ 𝑦1 + (1 − 𝑦1) ∗ 𝑟𝑏

Trang 23
⟺ 198.7312 ∗ 𝑦1 + (1 − 𝑦1) ∗ 550.828 = 550.828 − 352.0968 ∗ 𝑦1(
𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔
)
 Tính rd: hơi đi ra ở đỉnh tháp ở nhiệt độ 78.6887o
C, tương tự như
trên:
Ta có: 𝑟𝑎
78.6887
= 𝑟𝑎1
60
+
∆𝑟𝑎
∆𝑡
∗ (78.6887 − 60)
⟺ 210 + 18.6887 ∗
−16
40
= 202.5245(
𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔
)
𝑟𝑏
78.6887
= 𝑟𝑏1
60
+
∆𝑟𝑏
∆𝑡
∗ (78.6887 − 60) = 579 +
−40
40
∗ 18.6887
= 560.3113 (
𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔
)
 Vậy 𝑟𝑑 = 𝑟𝑎
78.6887
∗ 𝑦𝑑 + (1 − 𝑦𝑑) ∗ 𝑟𝑏
= 202.5245 ∗ 0.9 + (1 − 0.9) ∗ 550.828 = 237.354 (
𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔
)
Suy ra ta có hệ phương trình như sau:
{
𝑔1 = 𝐺1 + 181.8715
𝑔1 ∗ 𝑦1 = 𝐺1 ∗ 0.18 + 181.8715 ∗ 0.9
𝑔1 ∗ 𝑟1 = 233.94 ∗ 522.0258
𝑟1 = 550.828 − 352.0968 ∗ 𝑦1
⟺
{
𝑔1 = 𝐺1 + 181.8715
𝑔1 ∗ 𝑦1 = 𝐺1 ∗ 0.18 + 163.6843
𝑔1 ∗ 𝑟1 = 122122.7157
𝑟1 = 550.828 − 352.0968 ∗ 𝑦1
⟺
{
𝑔1 = 345.1199(
𝑘𝑔
ℎ
)
𝐺1 = 163.2484(
𝑘𝑔
ℎ
)
𝑟1 = 353.8559(
𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔
)
𝑦1
= 0.5594(𝑝𝑘𝑙)
 Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng là:
gtb=
𝑔𝑑+𝑔1
2
=
345.1199+522.0258
2
= 433.5728(
𝑘𝑔
ℎ
)
2.3.2.2. Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp

Trang 24
 Tốc độ giới hạn của hơi đi trong đáy tháp với mâm xuyên lỗ có ống
chảy truyền.
ωgh= 0.05*√
𝜌𝑥𝑡𝑏
𝜌𝑦𝑡𝑏
Với: 𝜌𝑥𝑡𝑏 : Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng (Kg/m3
)
𝜌𝑦𝑡𝑏 : Khối lượng riêng trung bình của pha hơi (Kg/m3
)
 Xác định 𝜌𝑦𝑡𝑏
𝜌𝑦𝑡𝑏 =
(𝑦𝑡𝑏 ∗ 46 + (1 − 𝑦𝑡𝑏) ∗ 18) ∗ 273
22.4 ∗ (𝑡𝑡𝑏 + 273)
- Nồng độ phần molt rung bình:
𝑦𝑡𝑏 =
𝑦1+𝑦𝐷
2
=
0.3319+0.9
2
= 0.616(𝑝𝑚𝑜𝑙)
(với 𝑦1 = 0.5594(𝑝𝑘𝑙) = 0.3319 (𝑝𝑚𝑜𝑙))
- Nhiệt độ trung bình đoạn cất:
ttb=
𝑡𝐹+𝑡𝐷
2
=
88.172+78.6887
2
= 83.43040
C
 Suy ra 𝜌𝑦𝑡𝑏= 1.2052(Kg/m3
).
 Xác định 𝜌𝑥𝑡𝑏
- Nồng độ phần khối lượng trung bình:
𝑥𝑡𝑏
̅̅̅̅ =
𝑥𝐷
̅̅̅̅+𝑥𝐹
̅̅̅̅
2
=0.54(pkl)=54%
Với ttb= 83.4304 tra bảng I.2 tài liệu tham khảo [1], bằng phương pháp nội
suy:
 Ta có 𝜌𝑥𝑡𝑏= 860,7877(kg/m3)
Suy ra ωgh= 0.05*√
860.7877
1.2052
= 1.3363(
𝑚
𝑠
)
 Để tránh tạo bọt ta chọn tốc độ hơi trung bình đi trong tháp
𝜔ℎ = 0.8 ∗ 𝜔𝑔ℎ = 1.069 (
𝑚
𝑠
)
 Vậy đường kính đoạn cất

Trang 25
𝑑cất = 0.0188 ∗ √
433.5728
1.069 ∗ 1.2052
= 0.3449 (𝑚).
2.3.3. Đường kính đoạn chưng
2.3.3.1. Lượng hơi trung bình đi trong tháp
𝑔𝑡𝑏
′
=
𝑔′𝑛 + 𝑔′1
2
, (
𝐾𝑔
ℎ
).
- 𝑔′𝑑: Lượng hơi ra khỏi đoạn chưng (
𝐾𝑔
ℎ
)
- 𝑔′1: Lượng hơi đi vào đoạn chưng (
𝐾𝑔
ℎ
)
 Xác định 𝑔′𝑛: 𝑔′𝑛 =𝑔1= 345.1199 (
𝐾𝑔
ℎ
)
 Xác định 𝑔′1= Từ hệ phương trình (Tra tài liệu tham khảo [2]):
{
𝐺′1 = 𝑔′1 + 𝐺𝑊 (1)
𝐺′1 ∗ 𝑥′
1 = 𝐺′
1 ∗ 𝑦𝑊
̅̅̅̅ + 𝐺𝑊 ∗ 𝑥𝑊
̅̅̅̅(2)
𝑔′1 ∗ 𝑟′
1 = 𝑔′
𝑛
∗ 𝑟′
𝑛 = 𝑔1 ∗ 𝑟1(3)
Với:
- 𝐺′1: Lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn chưng.
- 𝑟′
1: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn
chưng.
- 𝑦′1: thành phần cấu tử dễ bay hơi (ethanol) trong pha hơi cân bằng với
pha lỏng trong sản phẩm đáy: 𝑦′1 = 𝑦𝑊
 Tính 𝑟′
1: xW = 0.0079 (pmol), tra trên đồ thị hệ cân bằng ta có yW =
0.0524 (pmol).
 Đổi yW = 0.0524 (pmol) ra phần khối lượng:
𝑦𝑊
̅̅̅̅ =
𝑦𝑊 ∗ 𝑀𝑅
𝑦𝑊 ∗ 𝑀𝑅 + (1 − 𝑦𝑊) ∗ 𝑀𝑁
=
0.0524 ∗ 46
0.0524 ∗ 46 + (1 − 0.0524) ∗ 18
= 0.1238 (𝑝𝑘𝑙)
Theo đồ thị đường cong sôi ta có sản phẩm đáy có nhiệt độ 98.49o
C, theo
các số liệu ∆𝑟𝑎, ∆𝑟𝑏, ∆𝑡, 𝑟𝑎1
, 𝑟𝑏1
đã có ở phần tính toán đoạn cất ta có:

Trang 26
𝑟𝑎
98.49
= 𝑟𝑎1
60
+
∆𝑟𝑎
∆𝑡
∗ (98.49 − 60) = 210 – 15.396 = 195.604 (
𝐾𝑐𝑎𝑙
𝐾𝑔
)
𝑟𝑏
98.49
= 𝑟𝑏1
60
+
∆𝑟𝑏
∆𝑡
∗ (98.49 − 60) = 579 – 38.49 = 540.51 (
𝐾𝑐𝑎𝑙
𝐾𝑔
)
 𝑟1
′
= 𝑟𝑎
98.49
∗ 𝑦1
′
+ (1 − 𝑦1
′ ) ∗ 𝑟𝑏
98.49
⟺195.604*0.1238 + (1-0.1238) * 540.51 = 497.8160 (
𝐾𝑐𝑎𝑙
𝐾𝑔
)
Thay 𝑟′
1, 𝑔1, 𝑟1 vào phương trình 𝑔′1 ∗ 𝑟′
1 = 𝑔1 ∗ 𝑟1 ta được:
⟺ 𝑔′
1
∗ 497.816 = 345.1199 ∗ 353.8559 ⟹ 𝑔′
1
= 245.3170 (
𝐾𝑔
ℎ
).
Dùng 𝑔′
1
thay vào (1) ta được:
𝐺′1 = 𝑔′1 + 𝐺𝑊 = 245.3170 + 818.1282 = 1063.4452 (
Kg
h
).
Dùng 𝑔′
1
thay vào (2) ta được:
𝐺′
1 ∗ 𝑥′
1 = 𝐺′
1 ∗ 𝑦𝑊
̅̅̅̅ + 𝐺𝑊 ∗ 𝑥𝑊
̅̅̅̅ (2)
⟺ 1063.4452 ∗ 𝑥′
1 = 1063.4452 ∗ 0.1238 + 818.1282 ∗ 0.18
⟹ 𝑥′
1 = 0.2623 (pkl).
⟹
{
𝑔′1 = 245.3170 (
𝐾𝑔
ℎ
)
𝐺′
1 = 1063.4452 (
Kg
h
)
𝑟1
′
= 497.8160 (
𝐾𝑐𝑎𝑙
𝐾𝑔
)
𝑥′
1 = 0.2623 (pkl).
Vậy lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng là:
𝑔𝑡𝑏
′
=
𝑔′𝑑 + 𝑔′1
2
=
345.1199 + 245.3170
2
= 295.2185, (
𝐾𝑔
ℎ
).
2.3.3.2. Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp
Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp với mâm xuyên lỗ có ống chảy
chuyền:
công thức (IX.111), trang 186, tài liệu tham khảo [2]:
𝜔𝑔ℎ
′
= 0.05 ∗ √
𝜌𝑥𝑡𝑏
′
𝜌𝑦𝑡𝑏
′

Trang 27
Với:
- 𝜌𝑥𝑡𝑏
′
: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng (Kg/m3
)
- 𝜌𝑦𝑡𝑏
′
: khối lượng riêng trung bình của pha hơi (Kg/m3
)
 Xác định 𝜌𝑦𝑡𝑏
′
:
công thức (IX.102), trang 183, tài liệu tham khảo [2]:
𝜌𝑦𝑡𝑏
′
=
(𝑦′𝑡𝑏 ∗ 46 + (1 − 𝑦′𝑡𝑏) ∗ 18) ∗ 273
22.4 ∗ (𝑡′𝑡𝑏 + 273)
Trong đó:
 𝑦′𝑡𝑏: nồng độ phần mol trung bình:
Công thức trang 67, tài liệu tham khảo [Bài tập truyền khối]:
𝑦′𝑡𝑏 =
𝑦1 + 𝑦𝑊
2
=
0.5594 + 0.0524
2
= 0.3059 (𝑝𝑚𝑜𝑙).
 Nhiệt độ trung bình đoạn chưng:
công thức trang 50, tài liệu tham khảo [BT truyền khối.]:
𝑡′𝑡𝑏 =
𝑡𝐹 + 𝑡𝑊
2
=
88.172 + 98.49
2
= 93.3310℃
 𝜌𝑦𝑡𝑏
′
= 0.8839 (
𝐾𝑔
𝑚3
)
 Xác định 𝜌𝑥𝑡𝑏
′
:
𝑥𝑡𝑏 =
𝑥𝐹 + 𝑥𝑊
2
=
0.0791 + 0.0079
2
= 0.0435 (𝑝𝑚𝑜𝑙)
𝑥𝑡𝑏
′
̅̅̅̅ =
𝑥𝐹
̅̅̅ + 𝑥𝑊
̅̅̅̅
2
=
0.18 + 0.02
2
= 0.1 (𝑝𝑘𝑙)
Với 𝑡′𝑡𝑏 = 93.3310℃, Tra tài liệu tham khảo [1] ở bảng I.2 trang 9, ta
có khối lượng riêng của etylic là (sử dụng phương pháp nội suy):
𝜌𝑅
93.3310
= 722.3350 (
𝐾𝑔
𝑚3
)
Với 𝑡′𝑡𝑏 = 93.3310℃, Tra tài liệu tham khảo [1] ở bảng I.249 trang 310,
ta có khối lượng riêng của nước là (sử dụng phương pháp nội suy:
𝜌𝑁
93.3310
= 962.9683 (
𝐾𝑔
𝑚3
)

Trang 28
 Khối lượng riêng của chất lỏng được tính theo công thức:
𝜌𝑥𝑡𝑏
′
=
𝑥𝑎
𝜌𝑅
+
𝑥𝑏
𝜌𝑁
Trong đó:
- 𝑥𝑎, 𝑥𝑏: thành phần khối lượng trung bình của các cấu tử (rượu
ethanol và nước), và được tính như sau:
𝑥𝑎 =
0.18 + 0.02
2
= 0.1 (𝑝𝑘𝑙).
𝑥𝑏 = 1 − 𝑥𝑎 = 1 − 0.1 = 0.9 (𝑝𝑘𝑙).
 Thay các thông số vào công thức ta được:
1
𝜌𝑥𝑡𝑏
′ =
𝑥𝑎
𝜌𝑅
+
𝑥𝑏
𝜌𝑁
=
0.1
722.3350
+
0.9
962.9683
⟹ 𝜌𝑥𝑡𝑏
′
= 931.9229 (
𝐾𝑔
𝑚3
).
⟹ 𝜔𝑔ℎ = 0.05 ∗ √
𝜌𝑥𝑡𝑏
′
𝜌𝑦𝑡𝑏
′ = 1.6235 (
𝑚
𝑠
).
 Ngoài ra, để tránh tạo bọt, ta chọn tốc độ hơi trung bình trong tháp:
𝜔ℎ = 0.8 ∗ 𝜔𝑔ℎ = 1.6235 ∗ 0.8 = 1.2988 ≈ 1.3 (
𝑚
𝑠
).
 Đường kính đoạn chưng:
𝐷chưng = 0.0188 ∗ √
𝑔𝑡𝑏
′
𝜌𝑦𝑡𝑏
′
∗ 𝜔ℎ
= 0.3015 (𝑚).
 Đường kính đoạn chưng và đoạn cất chênh lệch nhau không nhiều
(5cm) nên cùng chọn đường kính cho cả hai phần là Dt = 0.35 (m) để tiện việc thiết
kế máy.
 Tốc độ làm việc thực trong tháp:
Phần chưng: 𝜔𝑙𝑣
′
=
0.01882∗𝑔𝑡𝑏
′
𝐷𝑡
2∗𝜌𝑦𝑡𝑏
′ = 0.9637 (
𝑚
𝑠
).
Phần cất: 𝜔𝑙𝑣 =
0.01882∗𝑔𝑡𝑏
𝐷𝑡
2∗𝜌𝑦𝑡𝑏
= 1.0380 (
𝑚
𝑠
).
2.3.4. Trở lực của tháp
2.3.4.1. Cấu tạo mâm xuyên lỗ

Trang 29
Chọn:
- Đường kính lỗ: d1: 3 mm = 0.003 m.
- Tổng diện tích lỗ bằng 9% diện tích mâm.
- Khoảng cách giữa hai tâm lỗ bằng 2.5 lần đường kính lỗ (bố trí
lỗ theo dạng tam giác đều, hoặc lục giác đều).
- Tỷ lệ đường kính lỗ và bề dày mâm: 3/5
- Diện tích dành cho ống chảy truyền là 20% diện tích mâm.
 Số lỗ trên một mâm:
𝑁 = 9% ∗ (
𝐷𝑡
𝑑𝑙
)
2
= 0.09 ∗ (
0.35
0.003
)
2
= 1225 (lỗ).
2.3.4.2. Độ giảm áp của pha khí đi qua một mâm
Độ giảm áp tổng cộng của pha khí (tính bằng mm chất lỏng) là tổng các
độ giảm áp của pha khí qua mâm khô và các độ giảm áp do pha lỏng.
htl = hk + hl + hR (mm chất lỏng)
Với:
- hk: độ giảm áp qua mâm khô (mm chất lỏng).
- hl: độ giảm áp do chiều cao lớp chất lỏng trên mâm (mm chất lỏng).
- hl: độ giảm áp do sức căng bề mặt (mm chất lỏng).
Trong tháp mâm xuyên lỗ, Gadient chiều cao mực chất lỏng trên mâm ∆
là không đáng kể nên có thể bỏ qua.
 Độ giảm áp qua mâm khô:
 Độ giảm áp của pha khì qua mâm khô đưuọc tính dựa trên cơ sở tổn
thất áp suất do dòng chảy đột thu, đột mở và do ma sát khi pha khí chuyển động qua
lỗ.
ℎ𝑘 = (
𝑣𝑜
2
𝐶𝑜
2
) ∗ (
𝜌𝐺
2 ∗ 𝑔 ∗ 𝜌𝐿
) = 51 ∗ (
𝑢𝑜
𝐶𝑜
)
2
∗ (
𝜌𝐺
𝜌𝐿
) , (mm chất lỏng)
Với:
- 𝑢𝑜: vận tốc pha hơi qua lỗ (
𝑚
𝑠
).
- 𝜌𝐺: khối lượng riêng của pha hơi (
𝐾𝑔
𝑚3
).

Trang 30
- 𝜌𝐿: khối lượng riêng của pha lỏng (
𝐾𝑔
𝑚3
).
- 𝐶𝑜: hệ số orifice, phụ thuộc vào tỷ số tổng diện tích lỗ với diện tích
mâm và tỷ số giữa bề dày mâm với đường kính lỗ.

∑ 𝑆𝑙𝑜
Smâm
= 0.09 và
𝛿mâm
𝑑𝑙
= 0.6 tra tài liệu tham khảo [1], trang 111 :
Ta có: 𝐶𝑜 = 0.74
 Đối với mâm phần cất:
 Vận tốc pha hơi qua lỗ:
𝑢𝑜 =
𝜔𝑙𝑣
0.09
=
1.0380
0.09
= 11.5333 (
𝑚
𝑠
).
- Khối lượng riêng của pha hơi: 𝜌𝐺 = 𝜌𝑦𝑡𝑏 = 1.2052 (
Kg
𝑚3
).
- Khối lượng riêng của pha lỏng: 𝜌𝐿 = 𝜌𝑥𝑡𝑏 = 860,7877 (
Kg
𝑚3
).
 Độ giảm áp qua mâm khô ở phần cất:
ℎ𝑘 = 51 ∗ (
𝑢𝑜
𝐶𝑜
)
2
∗ (
𝜌𝐺
𝜌𝐿
) = 51 ∗ (
11.5333
0.74
)
2
∗ (
1.2052
860,7877
)
= 17.4351 (mm. chất lỏng)
 Đối với mâm ở phần cất
 Vận tốc hơi qua lỗ:
𝑢𝑜
′
=
𝜔𝑙𝑣
′
0.09
=
0.9637
0.09
= 10.7078 (
𝑚
𝑠
).
- Khối lượng riêng của pha hơi: 𝜌′𝐺 = 𝜌′𝑦𝑡𝑏 = 0.8839 (
Kg
𝑚3
).
- Khối lượng riêng của pha lỏng: 𝜌′𝐿 = 𝜌′𝑥𝑡𝑏 = 931.9229 (
Kg
𝑚3
).
 Độ giảm áp qua mâm khô ở phần cất:
ℎ′𝑘 = 51 ∗ (
𝑢′
𝑜
𝐶𝑜
)
2
∗ (
𝜌′
𝐺
𝜌′𝐿
) = 51 ∗ (
10.7078
0.74
)
2
∗ (
0.8839
931.9229
)
 Độ giảm áp do chiều cao mức chất lỏng trên mâm:

Trang 31
Phương pháp đơn giản để ước tình độ giảm áp của pha hơi qua mâm do
lớp chất lỏng trên mâm hl là từ chiều cao gờ chảy tràn hw, chiều cao tính toán của
lớp chất lỏng trên gờ chảy tràn how và hệ số hiệu chỉnh theo kinh nghiệm .
ℎ𝑙 = 𝛽 ∗ (ℎ𝑤 + ℎ𝑜𝑤), (mm. chất lỏng).
Chọn:
- Hệ số hiệu chỉnh:  = 0.6
- Chiều cao gờ chảy tràn: hw = 50 (mm).
 Chiều cao tính toán của lớp chất lỏng trên gờ chảy tràn được tính từ
phương trình Francis với gờ chảy tràn phẳng:
công thức (IX.110A), trang 185, tài liệu tham khảo [2]:
ℎ𝑜𝑤 = 43.4 ∗ (
𝑞𝐿
𝐿𝑊
)
2
3
, (mm. chất lỏng).
Với:
- 𝑞𝐿: lưu lượng của chất lỏng (
𝑚3
𝑝ℎ
).
- 𝐿𝑊: chiều dài hiệu dụng của gờ chảy tràn (m).
 Xác định LW:
Diện tích dành cho ống chảy chuyền là 20% diện tích mâm, nên ta có
phương trình sau:
𝜋𝑛𝑜
180𝑜
− sin 𝑛𝑜
= 0.2𝜋
Với: 𝑛𝑜
là góc tâm chắn bởi chiều dài 𝐿𝑊
Dùng phương pháp lặp, ta được 𝑛𝑜
= 93°12′22′′
 𝐿𝑊 = 𝐷𝑡 ∗ sin (
𝑛𝑜
2
) = 0.35 ∗ sin(46°36′
11′′) = 0.2809 (𝑚).
 Xác định 𝒒𝑳:
 Phần cất:
Khối lượng mol trung bình của pha lỏng trong phần cất:

Trang 32
𝑀𝐿𝑐ấ𝑡
= 𝑥𝑡𝑏 ∗ 46 + (1 − 𝑥𝑡𝑏) ∗ 18
= 0.429 ∗ 46 + (1 − 0.429) ∗ 18
= 30.012 (
𝐾𝑔
𝐾𝑔𝑚𝑜𝑙
).
𝑞𝐿 =
𝑅 ∗ 𝐺𝐷 ∗ 𝑀𝐿𝑐ấ𝑡
𝑀𝐷 ∗ 𝜌𝑥𝑡𝑏
=
1.8703 ∗ 181.8715 ∗ 30.012
39.0864 ∗ 860.7877 ∗ 3600
= 0.8428 ∗ 10−4
(
𝑚3
𝑝ℎ
).
 Ta có:
ℎ𝑜𝑤 = 43.4 ∗ (
𝑞𝐿
𝐿𝑊
)
2
3
= 43.4 ∗ (
0.8428 ∗ 10−4
0.2809
)
2
3
= 0.1945, (mm. chất lỏng).
 Độ giảm áp do chiều cao mức chất lỏng trên mâm ở phần cất là:
ℎ𝑙 = 𝛽 ∗ (ℎ𝑤 + ℎ𝑜𝑤) = 0.6 ∗ (50 + 0.1945)
= 30.1167, (mm. chất lỏng)
 Phần chưng:
Khối lượng mol trung bình của pha lỏng trong phần chưng:
𝑀𝐿𝑐ℎư𝑛𝑔
= 𝑥′
𝑡𝑏 ∗ 46 + (1 − 𝑥′
𝑡𝑏) ∗ 18
= 0.0435 ∗ 46 + (1 − 0.0435) ∗ 18
= 19.218 (
𝐾𝑔
𝐾𝑔𝑚𝑜𝑙
).
𝑞′𝐿 =
𝑅 ∗ 𝐺𝑊 ∗ 𝑀𝐿𝑐ℎư𝑛𝑔
𝑀𝑊 ∗ 𝜌′𝑥𝑡𝑏
=
1.8703 ∗ 818.1282 ∗ 19.218
18.2212 ∗ 931.9229 ∗ 3600
= 0.481 ∗ 10−3
(
𝑚3
𝑝ℎ
).
 Ta có:
ℎ′𝑜𝑤 = 43.4 ∗ (
𝑞′
𝐿
𝐿𝑊
)
2
3
= 43.4 ∗ (
0.481 ∗ 10−3
0.2809
)
2
3
= 0.6212, (mm. chất lỏng).
 Độ giảm áp do chiều cao mức chất lỏng trên mâm ở phần cất là:

Trang 33
ℎ′𝑙 = 𝛽 ∗ (ℎ𝑤 + ℎ𝑜𝑤) = 0.6 ∗ (50 + 0.6212)
= 30.3727, (mm. chất lỏng).
 Độ giảm áp do sức căng bề mặt:
Độ giảm áp do sức căng bề mặt được áp dụng theo công thức:
ℎ𝑅 = 625.54 ∗
𝜎
𝜌𝐿 ∗ 𝑑𝑙
, (mm. chất lỏng)
Với:
- 𝜎: sức căng bề mặt của chất lỏng (
𝑑𝑦𝑛
𝑐𝑚
)
- 𝜌𝐿: khối lượng riêng của pha lỏng (
𝐾𝑔
𝑚3
).
 Phần cất:
Tra tài liệu tham khảo [1], ta có :
- Khối lượng riêng của pha lỏng 𝜌𝐿 = 𝜌𝑥𝑡𝑏 = 860.7877 (
𝐾𝑔
𝑚3
).
- 𝑡𝑡𝑏 = 83.4304℃
- Sức căng bề mặt của nước 𝜎𝑁 = 61.9654, (
𝑑𝑦𝑛
𝑐𝑚
).
- Sức căng bề mặt của ethanol 𝜎𝑅 = 18.3241, (
𝑑𝑦𝑛
𝑐𝑚
).
 Sức căng bề mặt của chất lỏng ở phần cât:
𝜎 =
𝜎𝑁 ∗ 𝜎𝑅
𝜎𝑁 + 𝜎𝑅
= 14.1412, (
𝑑𝑦𝑛
𝑐𝑚
).
 Vậy độ giảm áp do sức căng bề mặt ở phần cất là:
ℎ𝑅 = 625.54 ∗
𝜎
𝜌𝐿 ∗ 𝑑𝑙
= 625.54 ∗
14.1412
860.7877 ∗ 3
= 3.4405, (mm. chất lỏng)
 Phần chưng
Tra tài liệu tham khảo [1], ta có:
- Khối lượng riêng của pha lỏng 𝜌′𝐿 = 𝜌′𝑥𝑡𝑏 = 931.9229 (
𝐾𝑔
𝑚3
).
- 𝑡′𝑡𝑏 = 93.331℃ ,
- Sức căng bề mặt của nước 𝜎′𝑁 = 60.1338, (
𝑑𝑦𝑛
𝑐𝑚
).

Trang 34
- Sức căng bề mặt của ethanol 𝜎′𝑅 = 16.1471, (
𝑑𝑦𝑛
𝑐𝑚
).
 Sức căng bề mặt của chất lỏng ở phần chưng:
𝜎 =
𝜎𝑁 ∗ 𝜎𝑅
𝜎𝑁 + 𝜎𝑅
= 12.7291, (
𝑑𝑦𝑛
𝑐𝑚
).
 Vậy độ giảm áp do sức căng bề mặt ở phần cất là:
ℎ′𝑅 = 625.54 ∗
𝜎′
𝜌′
𝐿
∗ 𝑑𝑙
= 625.54 ∗
12.7291
931.9229 ∗ 3
= 2.8775, (mm. chất lỏng)
Vậy, tổng trở lực hay tổng độ giảm áp của pha khí qua một mâm là:
 Phần cất:
ℎ𝑡𝑙 = ℎ𝑘 + ℎ𝑙 + ℎ𝑅 = 17.4351 + 30.1167 + 3.4405
Hay
ℎ𝑡𝑙 = 50.9923 ∗ 10−3
∗ 9.81 ∗ 860.7877 = 430.5957 (
𝑁
𝑚2
).
 Phần chưng:
ℎ′𝑡𝑙 = ℎ′𝑘 + ℎ′𝑙 + ℎ′𝑅 = 10.1282 + 30.2737 + 2.8775
Hay
ℎ′𝑡𝑙 = 43.2794 ∗ 10−3
∗ 9.81 ∗ 931.9229 = 395.6674 (
𝑁
𝑚2
).
Suy ra: Tổng trở lực của toàn tháp hay độ giảm áp tổng cộng của toàn
tháp là (xem độ giảm áp tổng cộng của pha khí qua mâm nhập liệu bằng độ giảm áp
tổng cộng của pha khí qua một mâm ở phần chưng):
∑ ℎ𝑡𝑙 = 6 ∗ ℎ𝑡𝑙 + 16 ∗ ℎ𝑡𝑙
′
= 6 ∗ 430.5957 + 16 ∗ 395.6674
= 8914.2526 (
𝑁
𝑚2
)
2.3.4.3. Kiểm tra ngập lụt khi tháp hoạt động

Trang 35
Chọn khoản cách giữa hai mâm là: 250 (mm). Bỏ qua sự tạo bọt trong
ống chảy chuyền, chiều cao mực chất lỏng trong ống chảy chuyền được tính theo
công thức:
ℎ𝑑 = ℎ𝑊 + ℎ𝑜𝑤 + ℎ𝑡𝑙 + ℎ𝑑′, (mm. chất lỏng).
Trong đó:
- ℎ𝑑′: tổn thất thuỷ lực do dòng lỏng chảy từ ống chảy chuyền
vào mâm, được xác định theo biểu thức sau:
ℎ𝑑′ = 0.128 ∗ (
𝑄𝐿
100 ∗ 𝑆𝑑
)
2
, (mm. chất lỏng).
Với:
- 𝑄𝐿: lưu lượng của chất lỏng, (
𝑚3
ℎ
).
- 𝑆𝑑: tiết diện giữa ống chảy truyền và mâm:
𝑆𝑑 = 0.8 ∗ 𝑆𝑚â𝑚 = 0.8 ∗ 𝜋 ∗
0.352
4
= 0.077 (𝑚2)
 Phần cất
𝑄𝐿 = 60 ∗ 𝑞𝐿 = 60 ∗ 0.8428 ∗ 10−4
= 0.0051 (
𝑚3
ℎ
).
 ℎ𝑑′ = 0.128 ∗ (
𝑄𝐿
100∗𝑆𝑑
)
2
⟺ 0.128 ∗ (
0.0051 ∗ 3600
100 ∗ 0.077
)
2
= 0.7277, (mm. chất lỏng).
Vậy chiều cao mực chất lỏng trong ống chảy truyền của mâm xuyên lỗ ở
phần cất:
ℎ𝑑 = ℎ𝑊 + ℎ𝑜𝑤 + ℎ𝑡𝑙 + ℎ𝑑′ = 50 + 0.1945 + 50.9923 + 0.7277
= 101.9145 (mm. chất lỏng).
Kiểm tra: ℎ𝑑 = 101.9145 <
ℎ𝑚â𝑚
2
⟺ 101.9145 <
250
2
. Đảm bảo khi
hoạt động các mâm sẽ không bị ngập lụt.
 Phần chưng:
𝑄′𝐿 = 60 ∗ 𝑞′
𝐿
= 60 ∗ 0.481 ∗ 10−3
= 0.0289 (
𝑚3
ℎ
).

Trang 36
 ℎ′𝑑′ = 0.128 ∗ (
𝑄′𝐿
100∗𝑆𝑑
)
2
⟺ 0.128 ∗ (
0.0289 ∗ 3600
100 ∗ 0.077
)
2
= 23.3684, (mm. chất lỏng).
Vậy chiều cao mực chất lỏng trong ống chảy truyền của mâm xuyên lỗ ở
phần chưng:
ℎ′𝑑 = ℎ𝑊 + ℎ′𝑜𝑤 + ℎ′𝑡𝑙 + ℎ′𝑑′ = 50 + 0.6212 + 43.2794 + 23.3684
= 117.269(mm. chất lỏng).
Kiểm tra: ℎ′𝑑 = 117.269 <
ℎ𝑚â𝑚
2
⟺ 117.269 <
250
2
. Đảm bảo khi hoạt
động các mâm sẽ không bị ngập lụt.
 Kết luận: khi hoạt động tháp sẽ không bị hiện tượng ngập lụt.
 Chiều cao thân tháp:
Chiều cao thân tháp:
𝐻𝑡ℎâ𝑛 = 𝑁𝑡𝑡 ∗ (ℎ𝑚â𝑚 + 𝛿𝑚â𝑚) + (0.8 ÷ 1)
Trong đó: 𝛿𝑚â𝑚: chiều dày của mâm
𝐻𝑡ℎâ𝑛 = 𝑁𝑡𝑡 ∗ (ℎ𝑚â𝑚 + 𝛿𝑚â𝑚) + 0.8
= 23 ∗ (0.25 + 0.0018) + 0.8
= 6.5914 (𝑚).
 Chọn chiều cao gờ: ℎ𝑔ờ = 25 (mm) = 0.025 (m).
 Chọn đáy nắp tiêu chuẩn có:
ℎ𝑡
𝐷𝑡
= 0.25 ⟹ ℎ𝑡 = 𝐷𝑡 ∗ 0.25 = 0.35 ∗ 0.35 = 0.0875 (𝑚).
 Chiều cao của đáy và nắp:
𝐻đ = 𝐻đ = ℎ𝑡 + ℎ𝑔ờ = 0.0875 + 0.025 = 0.1125 (𝑚).
 Tổng chiều cao tháp:
𝐻 = 𝐻𝑡ℎâ𝑛 + 𝐻đ + 𝐻đ = 6.5914 + 0.1125 + 0.1125 = 6.8164 (𝑚).
2.3.5. Tính toán thân tháp
Vì tháp chưng cất hoạt động ở áp suất thường nên ta thiết kế thân hình
trụ bằng phương pháp hàn giáp mối (phương pháp hồ quang). Thân tháp được ghép
với nhau bằng các mối ghép bích. Để đảm bảo chất lượng của sản phẩm và khả

Trang 37
năng ăn mòn của etylic đối với thiết bị, ta chọn vật liệu chế tạo thân tháp là thép
không gỉ mã X18H10T.
 Áp suất tính toán
Tháp làm việc ở áp suất khí quyển, nên ta chọn áp suất tính toán:
𝑃𝑡𝑡 = 𝑃𝑐𝑙 + ∑ ℎ𝑡𝑙 (
𝑁
𝑚𝑚2
)
Với:
- Pcl: là áp suất thủy tĩnh do chất lỏng ở đáy (N/mm2
)
- htl: trở lực
Chọn áp suất tính toán sau cho tháp hoạt động ở điều kiện nguy hiểm
nhất mà vẫn an toàn nên:
𝑃𝑐𝑙 = 𝜌𝑥 ∗ 𝑔 ∗ 𝐻 =
𝜌𝑥𝑡𝑏 + 𝜌 𝑥𝑡𝑏
′
2
∗ 𝑔 ∗ 𝐻
=
860.7877 + 931.9229
2
∗ 9.81 ∗ 6.8416 = 60159.8683(
𝑁
𝑚2
)
 𝑃𝑡𝑡 = 𝑃𝑐𝑙 + ∑ ℎ𝑡𝑙 = 60159.8683 + 8914.2526
= 69074.1209 (
𝑁
𝑚2
) ≈ 0.0691(
𝑁
𝑚𝑚2
)
 Nhiệt độ tính toán:
Chọn nhiệt độ tính toán: ttt = tđáy = 100o
C
Tra tài liệu tham khảo [2], ứng suất tiêu chuẩn đối với thép không gỉ
X18H10T:
- [σ]*
= 142 (N/mm2
)
- Đối với rượu hệ số hiệu chỉnh: η = 1
 Vậy ứng suất cho phép: [σ] = η*[σ]* = 142 (N/mm2)
 Xác định bề dày thân chịu áp suất trong:
Ta chọn phương pháp chế tạo thân là phương pháp hàn hồ quang điện
bằng tay nên hệ số bền mối hàn là: φh = 0.9
Xét tỉ số:
[σ]
𝑃𝑡𝑡
∗ φℎ =
142
0.0691
∗ 0.9 = 1850.1867 > 25
Do đó bề dày tính toán được tính theo công thức sau:

Trang 38
𝑆𝑡
′
=
𝐷𝑡 ∗ 𝑃𝑡𝑡
2 ∗ [σ] ∗ φℎ
=
350 ∗ 0.0691
2 ∗ 142 ∗ 0.9
= 0.0946 (𝑚𝑚)
 Bề dày thực của thân: 𝑆𝑡 = 𝑆𝑡
′
+ 𝐶, (𝑚𝑚).
Trong đó hệ số C: hệ số bổ sung bề dày, C = Ca + Cb + Cc + Co
- Ca: hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học, phụ thược vào tốc độ ăn
mòn của chất lỏng. Chọn tốc độ ăn mòn của rượu là 0.1 (mm/năm), thiết bị hoạt
động trong 20 năm, vậy nên Ca = 2 mm.
- Cb: hệ số bổ sung do bào mòn cơ học, chọn Cb = 0
- Cc: hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo, chọn Cc = 0
- Co: hệ số bổ sung quy tròn, chọn Co = 0.5 mm
Suy ra C = 2 + 0 + 0 + 0.5 = 2.5 mm.
 𝑆𝑡 = 𝑆𝑡
′
+ 𝐶 = 0.0946 + 2.5 = 2.5946 , (𝑚𝑚).
 Kiểm tra công thức tính toán với St = 2.5946 (𝑚𝑚)
𝑆𝑡 − 𝐶𝑎
𝐷𝑡
=
2.5946 − 2
350
= 0.001698 < 0.1 ∶ đúng.
 Kiểm tra áp suất tính toán cho phép:
[𝑃𝑡𝑡] =
2. [𝜎] ∗ 𝜑ℎ ∗ (𝑆𝑡 − 𝐶𝑎)
𝐷𝑡 + (𝑆𝑡 − 𝐶𝑎)
=
2 ∗ 142 ∗ 0.9 ∗ 0.5946
350 + 0.5946
= 0.4334
⟹ 0.4334 > 𝑃𝑡𝑡: Đúng.
Vậy bề dày thực của thân thiết bị là: St = 3 (mm).
2.3.6. Tính toán đáy và nắp thiết bị
Chọn đáy và nắp thiết bị có dạng là ellipise tiêu chuẩn, có gờ bằng thép
không ghỉ X18H10T.
Vì công thức tính toán bề dày thân tháp, đáy và nắp chịu áp suất trong là
như nhau, từ đó ta có thể tính toán dễ dàng được bề dày của đáy và nắp là:
 Sđ = Sn = 3 (mm).
Các kích thước của đáy và nắp ellipise tiêu chuẩn, có gờ (tra tài liệu tham
khảo [2], trang 398):
- Đường kính trong: Dt = 350 (mm)
- ht = 87.5 (mm)
- Chiều cao gờ: hgờ = 25 (mm)

Trang 39
- Diện tích bề mặt trong: Sđáy = 0.16 (mm)
 Bích ghép thân, đáy và nắp
Mặt bích là bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của thiết bị cũng
như nối các bộ phận khác với thiết bị. Các loại mặt bích thường sử dụng:
- Bích liền: là bộ phần nối liền với thiết bị (hàn, đúc hay rèn).
Loại này chủ yếu dùng cho thiết bị làm việc với áp suất thấp và trung bình.
- Bích tự do: chủ yếu dùng nối các ống dẫn làm việc ở nhiệt độ
cao, để nối các bộ phận bằng kim loại màu và hợp kim của chúng, đặt biệt là khi
cần làm mặt bích bằng vật liệu bền hơn thiết bị.
- Bích ren: chủ yếu dùng cho các thiết bị làm việc ở áp suất cao.
Chọn bích được ghép thân, đát và nắp bằng thép X18H10T, cấu tạo bích
là bích liền không cổ:
Theo tài liệu tham khảo [2], trang 409, ứng với Dt = f = 350, và áp suất
tính toán P = 0.4334 (
𝑁
𝑚𝑚2
), ta chọn bích có các thông số sau:
Bảng 2.1. Thông số bích ghép thân, đáy và nắp tháp
Theo tài liệu tham khảo [2], bảng1X.5 trang 170, chọn số mâm giữa hai
mặt bích là: 4 mâm.
 Ta có số mặt bích cần dùng để ghép là: 23/4 + 2 ≈ 8 (bích).
Độ kín của mối ghép bích chủ yếu do vật đệm quyết định. Đệm làm bằng
các vật liệu mêm hơn so với vật liệu bích. Khi xiết bulông, đệm bị biến dạng và
điền đầy lên các chỗ gồ ghề trên mặt của bích. Vậy để đảm bảo độ kín cho thiết bị ta
chọn đệm là dây amiăng, có bề dày 3(mm).
2.4. Đường kính ống dẫn, bích ghép các ống đẫn
Dt D 𝐷𝛿 D1 h
Bu lông
db
Z
Kích thước (mm) (cái)
350 485 445 415 24 M20 12

Trang 40
Bích được làm bằng thép CT3, cấu tạo của bích là bích liền không cổ.
2.4.1. Vị trí nhập liệu
Suất lượng nhập liệu: GF = 1000 (Kg/h).
Khối lượng riêng của chất lỏng nhập liệu, tra tài liệu tham khảo [1], trang
9 ở:
- tF = 88.172 o
C
- 𝑥𝐹
̅̅̅ = 18%
- ρF = 929.0968 (
𝐾𝑔
𝑚3
)
 Lưu lượng dòng nhập liệu đi vào tháp
𝑄𝐹 =
𝐺𝐹
𝜌𝐹
=
1000
929.0968
= 1.0763 (
𝑚3
ℎ
)
 Chọn vận tốc lỏng nhập liệu (tự chảy từ bồn cao vị vào mâm
nhập liệu): 𝑣𝑓 = 0.2 (
𝑚
𝑠
)
 Đường kính ống nhập liệu 𝑑𝐹 = √
4 ∗ 𝑄𝐹
3600∗𝜋∗𝑣𝐹
= 0.0436 (𝑚)
 Ta chọn đường kính ống nhập liệu là: dF = 0.05 (m)
Tra tài liệu tham khảo [2], trang 434, chọn chiều dài đoạn ống nối để
ghép mặt bích lF = 100 (mm).
Các thông số của bích ghép ống dẫn nhập liệu, tài liệu tham khảo [2],
trang 409:
Bảng 2.2. Thông số ống dẫn nhập liệu
2.4.2. Ống hơi ở đỉnh tháp
Suất lượng hơi ở đỉnh tháp gd = 181.7715(Kg/h)
Dy 𝐷𝛿 Dn D D1 h
Bu lông
db Z
50 110 57 140 90 14 M12 4

Trang 41
 Khối lượng riêng của hơi ở đỉnh tháp được tính theo công thức:
- Xác định bởi tD = 78.6887
- yD = 0.8036
𝜌ℎ =
[46 ∗ 𝑦𝐷 + (1 − 𝑦𝐷) ∗ 18] ∗ 273
22.4 ∗ (𝑡𝐷 + 273)
= 4.5286 (
𝐾𝑔
𝑚3
)
 Lưu lượng hơi ra khỏi tháp: 𝑄ℎ =
𝑔𝑑
𝜌ℎ
=
181.7715
4.5286
= 40.138 (
𝑚3
ℎ
)
Chọn vận tốc hơi ở đỉnh tháp: vh = 30 (m/s).
 Đường kính ống dẫn hơi: 𝑑ℎ = √
4∗𝑄ℎ
3600∗𝜋∗𝑣ℎ
= 0.0217 (𝑚)
 Suy ra, chọn đường kính ống dẫn hơi: dh = 0.025 (m).
Tài liệu tham khảo [2], trang 409, chọn chiều dài đoạn ống nối để ghép
mặt bích lF = 25 (mm).
Các thông số của bích ghép ống dẫn hơi ở đỉnh tháp:
Bảng 2.3. Thông số ống hơi ở đỉnh tháp
2.4.3. Ống hoàn lưu
Suất lượng hoàn lưu: Ghl = D * MD * R = 4.5689*39.8064*1.8703 =
340.1541 (Kg/h).
Khối lượng riêng của chất lỏng hoàn lưu, tra tài liệu tham khảo [1], trang
9 ở:
- tD = 78.6887 0
C
- 𝑥𝐷
̅̅̅ = 90%
- ρhl = 767.1146
 Lưu lượng hơi ra khỏi tháp: 𝑄ℎ𝑙 =
𝐺ℎ𝑙
𝜌ℎ𝑙
=
340.1541
767.1146
= 0.4434 (
𝑚3
ℎ
)
Dy 𝐷𝛿 Dn D D1 h
Bu lông
db Z
25 75 32 100 60 14 M10 4

Trang 42
Chọn tốc độ hơi vào đáy tháp: vhd = 0.5 (m/s).
 Đường kính ống hoàn lưu: 𝑑ℎ = √
4∗𝑄ℎ𝑙
3600∗𝜋∗𝑣ℎ𝑙
= √
4∗0.4434
3600∗𝜋∗0.5
= 0.0177 (𝑚)
 Đường kính ống hoàn lưu là: dhl = 0.02 (m).
Các thông số của bích ghép ống hoàn lưu:
Bảng 2.4. Thông số ống hoàn lưu
2.4.4. Ống dẫn hơi vào đáy tháp
Suất lượng hơi vào đáy tháp: g’l= 245.3170 (Kg/h).
Khối lượng riêng của chất lỏng hoàn lưu, tài liệu tham khảo [1], trang 9
ở:
- tw = 98.49 0
C
- 𝑦𝑤 = 0.0524 %
- 𝜌ℎ𝑑 = √
(46∗0.0524+ (1−0.0524)∗18)∗273
98.49∗(237+98.49)
= 0.3811 (
𝐾𝑔
𝑚3
).
 Lưu lượng hơi ra khỏi tháp: 𝑄ℎ𝑙 =
𝑔𝑙
′
𝜌ℎ𝑙
=
245.317
0.3811
= 643.7076 (
𝑚3
ℎ
)
Chọn vận tốc chất lỏng hoàn lưu (tự chảy từ bộ phận tách lỏng ngưng tụ
vào tháp): vhl = 25 (m/s).
 Đường kính ống dẫn hơi: 𝑑ℎ = √
4∗𝑄ℎ𝑙
= 0.0954 (𝑚)
 Đường kính ống hoàn lưu là: dhl = 0.1 (m).
Dt D𝛿 Dn D D1 h
Bu lông
db Z
20 65 25 90 50 12 M10 4

Trang 43
Các thông số của bích ghép ống dẫn hơi ở đáy:
Bảng 2.5. Thông số ống dẫn hơi vào đáy tháp
2.4.5. Ống dẫn chất lỏng ở đáy tháp
Suất lượng chất lỏng vào nồi đun: G’l = 1063.4452 (Kg/h).
Khối lượng riêng của chất lỏng hoàn lưu, tra tài liệu tham khảo [1], trang 9 ở:
- tw = 98.49 0
C
- x’l = 0.2623
- ρl = 956.0268 (Kg/m3
).
 Lưu lượng chất lỏng vào nồi đun: 𝑄𝐿 =
𝐺𝑙
′
𝜌𝐿
=
1063.4452
956.0268
= 1.1123 (
𝑚3
ℎ
)
Chọn vận tốc chất lỏng vào nồi đun (chất lỏng tự chảy vào nồi đun):
vL = 0.2 (m/s).
 Đường kính ống dẫn chất lỏng: 𝑑𝐿 = √
4∗𝑄ℎ𝑙
= 0.0443 (𝑚)
 Đường kính ống hoàn lưu là: dL = 0.05 (m).
Các thông số của bích ghép ống dẫn chất lỏng ở đáy tháp:
Bảng 2.6. Thông số ống dẫn chất lỏng ở đáy tháp
Dt D D𝛿 D D1 h
Bu lông
db Z
100 205 170 205 148 18 M16 4

Trang 44
2.4.6. Ống dẫn chất lỏng từ nồi đun (sản phẩm đáy):
Suất lượng sản phẩm đáy: GW = 818.1282 (Kg/h).
Khối lượng riêng của chất lỏng hoàn lưu, tra tài liệu tham khảo [2], trang
9 ở:
- tw = 98.49 0
C
- 𝑥𝑊
̅̅̅̅ = 2%
- ρW = 932.6919 (Kg/m3
).
 Lưu lượng chất lỏng vào nồi đun:
𝑄𝑊 =
𝐺𝑊
𝜌𝑊
=
818.1282
932.6919
= 0.8771 (
𝑚3
ℎ
)
Chọn vận tốc sản phẩm đáy (chất lỏng tự chảy): vW = 0.15 (m/s).
 Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy:
𝑑𝑊 = √
4 ∗ 𝑄𝑊
3600 ∗ 𝜋 ∗ 𝑣𝑊
= 0.04547 (𝑚)
 Đường kính ống hoàn lưu là: 𝑑𝐿 = 0.05 (𝑚)
Các thông số của bích ghép ống dẫn chất lỏng từ nồi đun:
Bảng 2.7. Thông số ống dẫn chất lỏng từ nồi đun
Dt D𝛿 Dn D D1 h
Bu lông
db Z
50 110 57 140 90 14 M12 4

Trang 45
2.4.7. Chân đỡ, tay treo
2.4.7.1. Tính trọng lượng của tháp
 Khối lượng của một bích ghép thân (thép X18H10T: ρX18H10T = 7900
(Kg/m3
)).
𝑚1 =
𝜋
4
∗ (𝐷2
− 𝐷𝑡
2) ∗ ℎ ∗ 𝜌X18H10T
=
𝜋
4
∗ (0.4852
− 0.352
) ∗ 0.024 ∗ 7900 = 16.786 (𝐾𝑔)
 Khối lượng của một mâm (thép X18H10T: ρX18H10T = 7900
(Kg/m3).
𝑚2 =
𝜋
4
∗ 𝐷𝑡
2
∗ 𝛿𝑚â𝑚 ∗ 0.7 ∗ 𝜌𝑋18𝐻10𝑇
=
𝜋
4
∗ 0.352
∗ 0.0018 ∗ 0.7 ∗ 7900 = 0.9577 (𝐾𝑔)
 Khối lượng của thân tháp:
𝑚3 =
𝜋
4
∗ (𝐷𝑛𝑔
2
− 𝐷𝑡
2
) ∗ 𝐻𝑡ℎâ𝑛 ∗ 𝜌𝑋18𝐻10𝑇
=
𝜋
4
∗ (0.3562
− 0.352
) ∗ 6.5914 ∗ 7900
= 173.241 (𝐾𝑔)
 Khối lượng của đáy (nắp) tháp:
𝑚4 = 𝛿đá𝑦 ∗ 𝑆đá𝑦 ∗ 𝜌𝑋18𝐻10𝑇 = 0.16 ∗ 0.003 ∗ 7900 = 3.792(𝐾𝑔)
 Khối lượng của toàn tháp:
𝑚 = 8 ∗ 𝑚1 + 23𝑚2 + 𝑚3 + 2 ∗ 𝑚4
= 8 ∗ 16.786 + 23 ∗ 0.9577 + 173.241 + 2
∗ 3.792 = 337.1401 (𝐾𝑔).
 Tổng trọng lượng toàn tháp là:
Dt D𝛿 Dn D D1 h
Bu lông
db Z
50 110 57 140 90 14 M12 4

Trang 46
𝑃 = 𝑚 ∗ 𝑔 = 337.1401 ∗ 9.81 = 3307.3444 (𝑁).
2.4.7.2. Chân đỡ tháp
Chọn chân đỡ: tháp được đỡ trên bốn chân.
 Tải trọn cho phép trên một chân:
𝐺𝑐 =
𝑃
4
=
3307.3444
4
= 826.8361(𝑁)
 Để đảm bảo độ an toàn, và tiết kiệm chi phí, ta chọn tải trọng cho
phép vượt hơn so với tải trọng thực tế: GC = 1000 (N).
Chọn vật liệu làm chân đỡ là thép CT3.
Các kích thước của chân đỡ: (tính bằng mm), tra bảng XIII.35 trang 437
[2]:
Bảng 2.8. Kích thước chân đỡ tháp
L B B1 B2 H h s l d
70 60 60 90 150 105 4 30 14
2.4.7.3. Tai treo
Chọn tai treo: tai treo được gắn trên thân tháp để giữ cho tháp để giữ cho
tháp khỏi bị giao động trong điều kiện ngoại cảnh. Ta chọn 8 tai treo, tải trọng cho
phép trên một tai treo là:
𝐺𝑡 =
𝑃
8
= 413.418 (𝑁)
 Để đảm bảo độ an toàn, và tiết kiệm chi phí, ta chọn tải trọng cho
phép vượt hơn so với tải trọng thực tế: GC = 500 (N).
Chọn vật liệu làm chân đỡ là thép CT3.
Chọn tấm lót tai treo khi ghép vào thân có kích thước sau:
- Chiều dài tấm lót: H = 260 (mm).
- Chiều rộng tấm lót: B =140 (mm).
- Chiều dày tấm lót: 6 (mm).
Các kích thước tai treo, tra bảng XIII.38 trang 438 [2], các kích thước của tai
treo tính bằng mm.

Trang 47
Bảng 2.9. Kích thước tai treo
L B B1 H S l a d
80 55 75 125 4 30 15 14

Trang 48
2.5. Tính toán thiết kế thiết bị phụ
2.5.1. Cân bằng năng lượng
Mục đích của việc tính toán cân bằng nhiệt lượng là để xác định lượng
hơi đốt cần thiết khi đun nóng hỗn hợp đầu, đun bốc hơi ở đáy tháp cũng như xác
định lượng nước lạnh cần thiết cho quá trình ngưng tụ làm lạnh.
Chọn nước làm chất tải nhiệt vì nó là nguồn nguyên liệu rẻ tiền, phổ biến
trong thiên nhiên và có khả năng đáp ứng yêu cầu công nghệ.
2.5.2. Thiết bị đun sôi đáy tháp
Chọn thiết bị đun sôi đáy tháp là nồi đun Kettle:
- Ống truyền nhiệt được làm bằng thép X18H10T, kích thước
ống 38*3 mm
- Đường kính ngoài: dn= 38mm = 0.038 m
- Bề dày ống: δt= 3mm = 0.003 m
- Đường kính trong: dt= 0.032 m
 Hơi nước là hơi đốt ở 2at đi trong ống 38*3. (Tra tài liệu tham khảo
[1], Bảng I.251, trang 314).
- Nhiệt hóa hơi: 𝑟𝐻2𝑂 = rn = 2208 Kj/Kg
- Nhiệt độ sôi: 𝑡𝐻2𝑂 = tn = 119.60
C
Dòng sản phẩm tại đáy có nhiệt độ: 600
C
- Trước khi vào nồi nun (lỏng): tS1= 96.20
C
- Sau khi được đun sôi (hơi): tS2= 99.60
C
2.5.2.1. Suất lượng hơi nước cần dùng
 Cân bằng nhiệt cho toàn tháp: Áp dụng công thức (IX.156), trang 197,
tài liệu tham khảo [2]:
Qđ + GF * hFS = (R+1) * GD * rD + GD * hDS + GW * hWS + Qm
Chọn Qm = 0.5* Qđ (nhiệt lượng tổn thất tỏ ra môi trường xung quanh)
⟹ 0.95* Qđ = (R+1) * GD * rD + GD * (hDS – hFS) + GW * (hWS –
hFS)
Trong đó:

Trang 49
- hFS = tF*tFS = (𝑥𝐹
̅̅̅ ∗cN + (1 - 𝑥𝐹
̅̅̅ )*cA)*tFS
- hWS= cW*tWS = (𝑥𝑊
̅̅̅̅ ∗cN + (1 - 𝑥𝑊
̅̅̅̅ )*cA)*tWS
- hDS= cD*tDS = (𝑥𝐷
̅̅̅ ∗cN + (1 - 𝑥𝑃
̅̅̅ )*cA)*tDS
- rD = 𝑥𝐷
̅̅̅*rN + (1 - 𝑥𝐷
̅̅̅)*rA
Với xF = 0.0791 ⟹ tFS = 88.1720
C
xW = 0.0079 ⟹ tWS = 98.490
C
xD = 0.7788 ⟹ tDS = 78.68870
C
 Nhiệt dung riêng:
Tra tài liệu tham khảo [1], Bảng I.249, trang 310.
- Nhiệt dung riêng của nước ở 88.172 0C = 4.244 (
𝑘𝐽
𝐾𝑔.độ
)
- Nhiệt dung riêng của nước ở 98.490C = 4.219 (
𝑘𝐽
𝐾𝑔.độ
)
- Nhiệt dung riêng của nước ở 78.68870C = 4.194 (
𝑘𝐽
𝐾𝑔.độ
)
- Nhiệt dung riêng của ethanol ở 88.172 0
C = 3.343 (
𝑘𝐽
𝐾𝑔.độ
)
- Nhiệt dung riêng của ethanol ở 96.40
C = 3.466 (
𝑘𝐽
𝐾𝑔.độ
)
- Nhiệt dung riêng của ethanol ở 78.68870
C =3.204 (
𝑘𝐽
𝐾𝑔.độ
)
 Enthaply:
hFS = tF*tFS = (𝑥𝐹
̅̅̅ ∗cN + (1 - 𝑥𝐹
̅̅̅ )*cA)*tFS
= (0.18*3.343 + (1-0.18)*4.244))*88.172 = 359.9022 (
𝑘𝐽
𝑘𝑔
)
hWS = cW*tWS = (𝑥𝑊
̅̅̅̅ ∗cN + (1 - 𝑥𝑊
̅̅̅̅ )*cA)*tWS
= (0.02*3.466 + (1-0.02)*4.219))*96.4 = 405.2598 (
𝑘𝐽
𝑘𝑔
)
hDS = cD*tDS = (𝑥𝐷
̅̅̅ ∗cN + (1 - 𝑥𝑃
̅̅̅ )*cA)*tDS
= (0.9*3.204 + (1-0.9)*4.194)* 78.6887 = 259.9098 (
𝑘𝐽
𝑘𝑔
)
 Nhiệt hóa hơi:
- Nhiệt hóa hơi của nước ở 78.68870
C = rN =2312 (
𝑘𝐽
𝑘𝑔
)

Tính Toán Và Thiết Kế Hệ Thống Trích Ly Cà Phê Công Suất 1000 KgH.docx

Tính Toán Và Thiết Kế Hệ Thống Trích Ly Cà Phê Công Suất 1000 KgH.docx

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Tính Toán Và Thiết Kế Hệ Thống Trích Ly Cà Phê Công Suất 1000 KgH.docx

Similar to Tính Toán Và Thiết Kế Hệ Thống Trích Ly Cà Phê Công Suất 1000 KgH.docx (20)

More from DV Viết Luận văn luanvanmaster.com ZALO 0973287149

More from DV Viết Luận văn luanvanmaster.com ZALO 0973287149 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (18)

Tính Toán Và Thiết Kế Hệ Thống Trích Ly Cà Phê Công Suất 1000 KgH.docx