thiết kế thiết bị ngưng tụ trong hệ thống tháp mâm xuyên lỗ hoạt động liên tục để chưng cất acetone nước ở áp suất thường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINHKHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCMKHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

  

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY VÀ THIẾT BỊ1 Giáo viên hướng dẫn: ThS Vũ Bá Minh

2 Họ và tên sinh viên thực hiện:MSSV:

3 Tên đồ án: Thiết kế thiết bị ngưng tụ trong hệ thống tháp mâm xuyên lỗ hoạt động

liên tục để chưng cất hỗn hợp Aceton – Nước ở áp suất thường

4 Nhiệm vụ của đồ án:

 Tính toán cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng. Tính toán thiết kế hệ thống, thiết bị chính và phụ.

5 Các số liệu ban đầu

 Năng suất nhập liệu: 2.000 kg/h.

 Nhập liệu có nồng độ là: 25% mol Acetone. Nồng độ sản phẩm đỉnh là: 95% mol Acetone. Tỷ lệ thu hồi Acetone là: 99%.

 Các số lệu khác tự chọn.

6 Nội dung thực hiện

Tổng quan về sản phẩm và quá trình-thiết bị chưng cất, thiết bị ngưng tụĐề nghị qui trình chưng cât

Tính cân bằng vật chất-năng lượng của tháp chưng cất và ngưng tụTính toán số mâm thực tế tháp chưng cất

Tính toán cấu tạo thiết bị ngưng tụTính các thiết bị phụ có trong qui trình

Lập bảng tính khối lượng vật tư và chi phí chế tạo thiết bị ngưng tụKết luận

Phụ lục.

Tài liệu tham khảo.

7 Yêu cầu bản vẽ kỹ thuật

1 Bản vẽ qui trình công nghệ (file DWG)1 Bản vẽ chi tiết thiết bị chính (file DWG)1 Bản vẽ qui trình công nghệ (file PDF)1 Bản vẽ chi tiết thiết bị chính (file PDF)

8 Yêu cầu khác: Không

9 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 11/02/202310 Ngày hoàn thành đồ án: 06/06/2023

ThS Vũ Bá Minh

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINHKHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC – THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC -

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦAGIÁO VIÊN HƯỚNG DẪNMÔN HỌC: ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ 2 – NĂM HỌC 2022 – 2023

MÃ MÔN HỌC: PWPD322703

1 GVHD: ThS Vũ Bá Minh

2 Sinh viên: Nguyễn Huỳnh Minh Duy 3 MSSV: 20128100

4 Tên đề tài: Thiết kế thiết bị ngưng tụ trong hệ thống tháp mâm xuyên lỗ hoạt độngliên tục để chưng cất hỗn hợp Aceton – Nước ở áp suất thường.

5 Kết quả đánh giá:

1 Xác định được đối tượng và yêu cầu thiết kế0 – 1,0

2 Lập qui trình công nghệ và tính toán được các chi tiết thiết bị0 – 2,5

3 Đánh giá được sự phù hợp, điểm mạnh, yếu của thiết kế 0 – 0,75

4 Lập được kế hoạch triển khai thực hiện thiết kế0 – 0,75

5 Lập được bản vẽ với phần mềm chuyên dụng0 – 2,5

6 Hoàn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, chính xác và logic 0 – 1,0

7 Hoàn thành trách nhiệm cá nhân trong nhóm0 – 0,75

8 Thực hiện đúng kế hoạch công việc được GV giao0 – 0,75

Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm

6 Các nhận xét khác (nếu có)

7 Kết luận

Được phép bảo vệ:  Không được phép bảo vệ: 

Ngày 6 tháng 6 năm 2023

Người nhận xét

(Ký & ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINHKHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC – THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC -

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦAGIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

MÔN HỌC: ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ 2 – NĂM HỌC 2022 – 2023MÃ MÔN HỌC: PWPD322703

1 GVHD: ThS Vũ Bá Minh

4 Tên đề tài: Thiết kế thiết bị ngưng tụ trong hệ thống tháp mâm xuyên lỗ hoạt độngliên tục để chưng cất hỗn hợp Aceton – Nước ở áp suất thường.

5 Kết quả đánh giá:

1 Xác định được đối tượng và yêu cầu thiết kế0 – 1,0

2 Lập qui trình công nghệ và tính toán được các chi tiết thiết bị0 – 2,5

3 Đánh giá được sự phù hợp, điểm mạnh, yếu của thiết kế0 – 0,75

4 Lập được kế hoạch triển khai thực hiện thiết kế 0 – 0,75

5 Lập được bản vẽ với phần mềm chuyên dụng0 – 2,5

6 Hoàn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, chính xác và logic0 – 1,0

7 Hoàn thành trách nhiệm cá nhân trong nhóm0 – 0,75

8 Thực hiện đúng kế hoạch công việc được GV giao0 – 0,75

Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm

6 Các nhận xét khác (nếu có)

7 Kết luận

Được phép bảo vệ:  Không được phép bảo vệ: 

Ngày 6 tháng 6 năm 2023

Người nhận xét

(Ký & ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINHKHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC – THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC -

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦAGIÁO VIÊN PHẢN BIỆNMÔN HỌC: ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ 2 – NĂM HỌC 2022 – 2023

MÃ MÔN HỌC: PWPD322703

1 GVPB:

4 Tên đề tài: Thiết kế thiết bị ngưng tụ trong hệ thống tháp mâm xuyên lỗ hoạt độngliên tục để chưng cất hỗn hợp Aceton – Nước ở áp suất thường.

5 Kết quả đánh giá:

1 Lập qui trình công nghệ và tính toán được các chi tiết thiết bị 0 – 2,5

3 Hoàn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, chính xác và logic 0 – 1,0

4 Trình bày được những nội dung cốt lõi của đồ án 0 – 1,0

TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ:……….)10

Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm6 Các nhận xét khác (nếu có)

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦAGIÁO VIÊN PHẢN BIỆNMÔN HỌC: ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ 2 – NĂM HỌC 2022 – 2023MÃ MÔN HỌC: PWPD3227031 GVPB:

4 Tên đề tài: Thiết kế thiết bị ngưng tụ trong hệ thống tháp mâm xuyên lỗ hoạt độngliên tục để chưng cất hỗn hợp Aceton – Nước ở áp suất thường

5 Kết quả đánh giá:

STTNội dungThangđiểm

1 Lập qui trình công nghệ và tính toán được các chi tiết thiết bị 0 – 2,5

3 Hoàn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, chính xác và logic 0 – 1,0

4 Trình bày được những nội dung cốt lõi của đồ án 0 – 1,0

TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ:……….)10

Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm6 Các nhận xét khác (nếu có)

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, chúng em xin cảm ơn thầy (cô) giảng viên trong trường Đại học Sư phạm Kỹthuật Thành phố Hồ Chí Minh nói chung và các thầy (cô) trong khoa Công nghệ Hóahọc và Thực phẩm nói riêng đã dạy chúng em kiến thức về các môn đại cương, giúpchúng em có được những cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ chúngem trong suốt quá trình học tập.

Đồ án thiết kế thiết bị ngưng tụ là một đề tài thiết thực giúp nhóm em có cơ hội vậndụng kiến thức đã học vào tính toán thiết kế thiết bị ngưng tụ trong nhà máy Đây làlần đầu tiên chúng em bước vào đề tài thiết kế nên không khỏi gặp phải nhiều khókhăn, nhưng trong quá trình thực hiện nhờ sự giúp đỡ của các thầy (cô) và bạn bèchúng em đã hoàn thành xong bài thiết kế.

Đặc biệt, chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy Th.S Vũ Bá Minh đã quan tâm,hướng dẫn, giúp đỡ chúng em rất tận tình trong suốt thời gian qua để chúng em có thểhoàn thành đồ án này Đồng thời, chúng em xin cảm ơn các thầy (cô) trong hội đồngchấm đồ án và hội đồng phản biện đã bỏ thời gian quý báu để có thể góp ý, nhận xétgiúp chúng em hoàn thiện hơn đồ án của mình.

Mặc dù chúng em đã rất cố gắng hoàn thiện đồ án tuy nhiên không thể tránh khỏinhững sai sót, chưa chuẩn về kiến thức Vì vậy, chúng em rất mong nhận được nhữngý kiến góp ý, nhận xét từ thầy (cô) để chúng em củng cố kiến thức và hoàn thiện tốthơn đồ án này

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

1.1.2.2 Tính chất vật lý và thông số hoá ký của Nước 4

1.2 Quá trình - thiết bị chưng cất, ngưng tụ 5

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 10

2.1 Sơ bộ nguyên liệu 10

2.2 Sơ đồ quy trình công nghệ chưng cất hỗn hợp Acetone-Nước 11

2.3 Thuyết minh sơ đồ quy trình công nghệ 12

CHƯƠNG 3: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 13

3.1 Các thông số ban đầu 13

3.2 Tính cân bằng vật chất 14

3.2.3 Phương trình làm việc và xác định số mâm 19

3.2.3.1 Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất 19

3.2.3.2 Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng 19

3.2.3.3 Xác định số mâm lý thuyết 20

3.2.3.4 Xác định số mâm thực tế 20

CHƯƠNG 4: CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 24

4.1 Cân bằng năng lượng cho thiết bị ngưng tụ 24

4.2 Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 25

4.3 Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị trao đổi nhiệt sản phẩm đáy và nhập liệu 26

4.4 Cân bằng nhiệt cho thiết bị đun sôi dòng nhập liệu 28

4.5 Cân bằng năng lượng cho toàn tháp chưng cất 31

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ NGƯNG TỤ 37

5.2.5 Ống dẫn nước vào thiết bị ngưng tụ 54

5.2.6 Ống dẫn nước ra thiết bị ngưng tụ 54

5.2.7 Ống dẫn lỏng ngưng ra khỏi thiết bị 55

5.2.8 Ống dẫn hơi vào thiết bị ngưng tụ 55

5.2.9 Bích ghép các ống dẫn 56

5.2.10 Vỉ ống 56

5.2.11 Vách ngăn lưu chất phía vỏ 57

5.2.12 Bố trí tấm ngăn phía ống ở đáy (nắp) 57

5.2.13 Tính toán trở lực 58

5.2.14 Chân đỡ 60

5.2.14.1 Tính toán sơ bộ khối lượng thiết bị 60

5.2.14.2 Chọn chân đỡ (tai treo) 63

CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 65

6.1 Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 65

6.2 Thiết bị trao đổi nhiệt dòng nhập liệu và sản phẩm đáy 71

6.3 Nồi đun đáy tháp 76

6.4 Thiết bị gia nhiệt dòng nhập liệu 80

6.6.2 Tổn thất qua thiết bị trao đổi nhiệt sản phẩm đáy 90

6.6.3 Tổn thất đường ống dẫn trong thiết bị đun sôi dòng nhập liệu 92

6.6.4 Chiều cao bồn cao vị 94

6.7.5 Công suất bơm 98

6.8 Bơm hoàn lưu 99

6.8.1 Năng suất bơm 99

6.8.2 Cột áp 99

6.8.3 Xác định hệ số ma sát trong ống 100

6.8.4 Xác định hệ số ma sát trong đường ống: 100

6.8.5 Xác định tổng tổn thất cục bộ trong ống đẩy: 101

6.8.6 Xác định tổng tổn thất cục bộ trong ống hút: 101

6.8.7 Công suất của bơm: 102

CHƯƠNG 7: TÍNH TOÁN GIÁ THÀNH THIẾT BỊ 103

KẾT LUẬN 104

TÓM TẮT CÁC KÍ HIỆU ĐÃ DÙNG 106

TÀI LIỆU THAM KHẢO 110

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 So sánh ưu, nhược điểm của các loại tháp 8

Bảng 2.1 Cân bằng lỏng – hơi cho hệ acetone – nước 10

Bảng 3.1 Các thông số ban đầu 13

Bảng 3.2 Kết quả tính toán cân bằng vật chất tháp chưng cất 17

Bảng 3.3 Kết quả tính toán hiệu suất tại ba vị trí 23

Bảng 4.1 Kết quả tính toán cân bằng năng lượng toàn tháp chưng cất 36

Bảng 4.2 Kết quả tính toán suất lượng trong các thiết bị 36

Bảng 5.1 Các kích thước của ống truyền nhiệt được chọn cho thiết bị ngưng tụ 38

Bảng 5.2 Các thông số được chọn cho thiết bị ngưng tụ 39

Bảng 5.3 Các thông số tính toán cân bằng năng lượng thiết bị ngưng tụ 39

Bảng 5.4 Thông số vật lý của nước làm lạnh ở nhiệt độ 36,58oC 40

Bảng 5.5 Thông số vật lý của các cấu tử ở 52,95oC 40

Bảng 5.6.Thông số vật lý của hỗn hợp aceton – nước tại 52,95oC 42

Bảng 5.7 Các thông số ban đầu tính toán đáy (nắp) thiết bị ngưng tụ 48

Bảng 5.8 Kích thước bích ghép thân và đáy (nắp) thiết bị ngưng tụ 50

Bảng 5.9 Kích thước bích ghép các ống dẫn 56

Bảng 5.10 Thông số cơ toàn thiết bị 60

Bảng 5.11 Thông số kích thước chân đỡ 63

Bảng 6.1 Thông số ống trong của thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 65

Bảng 6.2 Thông số ống ngoài của thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 65

Bảng 6.3 Thông số ống trong thiết bị trao đổi nhiệt dòng nhập liệu – sản phẩm đáy 71

Bảng 6.4 Thông số ống trong thiết bị trao đổi nhiệt dòng nhập liệu – sản phẩm đáy 71

Bảng 6.5 Các thông số ống truyền nhiệt được làm bằng thép CT3 76

Bảng 6.6 Kích thước của chân đỡ 88

Bảng 7.1 Bảng tính toán chi tiết giá thành 103

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Công thức phân tử của Acetone 1

Hình 1.2 Cấu trúc phân tử của nước 4

Hình 2.1 Giản đồ nhiệt độ - thành phần của hệ Acetone - Nước 10

Hình 2.2 Đồ thị x - y của hệ acetone – nước 11

Hình 3.1 Giản đồ cân bằng pha hệ Aceton - Nước và tiếp tuyến với đường cân bằng 18Hình 3.2 Giản đồ cân bằng lỏng hơi và mâm lý thuyết của hệ Aceton - Nước 20

LỜI MỞ ĐẦU

Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển đã đóng góp rất lớn cho nền công nghiệp nướcnhà và trên toàn thế giới Cùng với đó, ngành công nghệ hóa học cho đến ngày naykhông ngừng phát triển và có sự ảnh hưởng quan trọng đến nhiều lĩnh vực khác Theo nhu cầu sử dụng hóa chất thì dung môi là loại có nhu cầu sử dụng nhiều nhất.Dung môi được dùng cho những quy trình công nghệ trong việc sản xuất thực phẩm,dược phẩm, hóa chất, phục vụ trong đời sống, nghiên cứu khoa học hay trong giảngdạy Độ tinh khiết của hóa chất cao hay thấp tùy vào mục đích sử dụng, tuy nhiên, hóachất có độ tinh khiết cao, giá thành rẻ luôn là lựa chọn hàng đầu của người sử dụng.Để đáp ứng nhu cầu này đã đặt ra cho các nhà sản xuất hóa chất phải sử dụng nhiềuphương pháp để nâng cao độ tinh khiết của sản phẩm như: trích ly, chưng cất, cô đặc,hấp thu…Tùy theo đặc tính yêu cầu sản phẩm mà ta lựa chọn phương pháp phù hợp.Đối với hệ Acetone - Nước, hỗn hợp gồm hai cấu tử hòa tan hoàn toàn vào nhau nên taphải dùng phương pháp chưng cất để tăng cao độ tinh khiết cho Acetone Để thu đượcAcetone ở dạng lỏng, hơi Acetone phải đi qua thiết bị ngưng tụ để chuyển pha từ hơithành lỏng Đây cũng chính là thiết bị chính trong đề tài của chúng em

Đồ án môn học Quá trình và thiết bị là một môn học mang tính tổng hợp trong quátrình học tập của các kỹ sư công nghệ hóa học tương lai Môn học giúp sinh viên giảiquyết các nhiệm vụ tính toán cụ thể về: yêu cầu công nghệ, kết cấu, giá thành của mộtthiết bị trong sản xuất hóa chất thực phẩm Đây là bước đầu tiên để sinh viên vận dụngnhững kiến thức đã học và tìm kiếm các thông tin cần thiết để giải quyết các vấn đềthực tế.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu sản phẩm

1.1.1 Acetone

1.1.1.1 Khái niệm

Acetone (hay Dimethyl keton, Propanon) có công thức phân tử: CH3COCH3.

Là một chất lỏng không màu, dễ lưu động và dễ cháy, với một cách êm dịu và có mùithơm Nó hòa tan vô hạn trong nước và một số hợp chất hữu cơ như: Eter, Metanol,Etanol, Diacetone alcohol…

Hình 1.1 Công thức phân tử của Acetone

1.1.1.2 Một số thông số vật lý của Acetone:

- Số CAS: 67-64-1

- Khối lượng phân tử bằng 58.08 đvC- Nhiệt độ nóng chảy: -94.80oC- Nhiệt độ sôi: 56.00oC

- Khối lượng riêng: 0.7899 g/cm3 (ở 20oC)

- Nhiệt dung riêng Cp: 22 Kcal/mol (chuẩn ở 102oC)- Độ nhớt: 0.3075 cP

- Nhiệt trị: 0.5176 cal/g (ở 200oC)

1.1.1.3 Tính chất hoá học

Axeton cộng với hidro tạo thành rượu bậc 2:

Axeton cộng với bisunfit tạo kết tủa:

 Axeton bị oxi hóa: Axeton không bị oxi hóa bởi dung dịch bạc nitrat trong amoniahoặc đồng hydroxit nhưng khi gặp các chất oxi hóa mạnh như thuốc tím trong axitsulfuric, Kali dicromat trong axit sulfuric thì bị cắt mạch cacbon cạnh nhóm cacbonylđể tạo axit hữu cơ.

 Axeton tác dụng với amin:

 Phản ứng khử: Điều kiện để phản ứng khử xảy ra, người ta dùng H trên xúc tácNiken, Platin hoặc dùng Liti nhôm hydrua.

1.1.1.4 Điều chế

 Oxy hóa rượu bậc hai: CH3CHOH-CH3 → CH3COCH3 + H2O

 Theo phương pháp Piria: nhiệt phân muối canxi của axit cacboxylic:(CH3COO)2Ca → CH3COCH3 + CaCO3

 Tổng hợp Acetone bằng cách Dehydro Isopropyl Alcol có xúc tác:CH3CHOHCH3 (15.9 Kcal ở 3270C) → CH3COCH3 + H2

- Xúc tác sử dụng ở đây: đồng và hợp kim của nó, oxit kim loại và muối.- Ở nhiệt độ khoảng 3250C, hiệu suất khoảng 97%.

- Dòng khí nóng sau phản ứng gồm có: Acetone, lượng Isopropyl Alcol chưa phảnứng, H2 và một phần nhỏ sản phẩm phụ (như Propylene, diisopropyl eter …) Hỗn hợpnày được làm lạnh và khí không ngưng được lọc bởi nước Dung dịch lỏng được đemđi chưng cất phân đoạn, thu được Acetone ở đỉnh và hỗn hợp của nước, IsopropylAlcol (ít) ở đáy.

 Ngoài ra, còn một số quá trình sản xuất Acetone khác:- Oxi hóa Cumene Hydro Peroxide thành Phenol và Acetone.- Oxi hóa trực tiếp Butan – Propan.

1.1.1.5 Ứng dụng

 Dùng làm dung môi

Acetone dùng làm dung môi để pha loãng nhựa polieste, dùng trong các chất tẩy rửa,dụng cụ làm sạch, pha keo epoxy 2 thành phần trước khi đóng rắn và cũng được sửdụng như một thành phần dễ bay hơi của một số loại sơn và vecni.

Acetone được dùng làm dung môi trong ngành công nghiệp dược phẩm, là thành phầntrong một số loại thuộc và sản xuất rượu biến tính.

Acetone dùng làm dung môi để vận chuyển và lưu trữ axetilen vì axetilen khi chịu ápsuất lớn dưới dạng hợp chất tinh khiết sẽ không an toàn.

 Dùng làm hoá chất trung gian

Acetone dùng để tổng hợp metyl metacilat, tổng hợp bisphenol A… Dùng trong phòng thí nghiệm

Acetone được dùng như một dung môi cực aprotic trong rất nhiều phản ứng hữu cơ.Ngoài ra, Acetone cũng được sử dụng làm chất tẩy rửa dụng cụ thuỷ tinh trong phòngthí nghiệm vì giá thành thấp và dễ bay hơi Tuy nhiên chúng chỉ hiệu quả khi được phaloãng nhiều.

Không chỉ vậy, Acetone còn được dùng để duy trì nhiệt độ thấp để tiến hành các thínghiệm hoá học khi cần vì chúng có thể được làm lạnh bởi đá khô đến -78oC mà khôngđóng băng.

 Dùng trong kĩ thuật và làm đẹp

Acetone được dùng làm thành phần của dược phẩm, phụ gia thực phẩm và cả việcđóng gói, bảo quản thực phẩm.

Được sử dụng khá phổ biến trong việc làm đẹp là dung môi, Acetone dùng làm nướcrửa sơn móng Với giá thành khá thấp và nhu cầu sử dụng từ phái nữ ở mức cao nêndung môi Acetone xuất hiện từ spa cao cấp, các siêu thị đến cả các chợ thông thường.Có thể nói, đây là ứng dụng phổ biến nhất giúp mọi người biết đến Acetone.

1.1.2 Nước

1.1.2.1 Khái niệm

Nước là một hợp chất hóa học của oxy và hidro, có công thức hóa học là H2O Với cáctính chất lý hóa đặc biệt (ví dụ như tính lưỡng cực, liên kết hiđrô và tính bất thườngcủa khối lượng riêng), nước là một chất rất quan trọng trong nhiều ngành khoa học vàtrong đời sống 70% diện tích bề mặt của Trái Đất được nước che phủ nhưng chỉ 0,3%tổng lượng nước trên Trái Đất nằm trong các nguồn có thể khai thác dùng làm nướcuống.

Hình 1.2 Cấu trúc phân tử của nước

1.1.2.2 Tính chất vật lý và thông số hoá ký của Nước

- Khối lượng phân tử: 18 g/mol

- Khối lượng riêng (25℃): 997,08 kg/m): 3- Nhiệt độ nóng chảy (760 mmHg): 0℃):- Nhiệt độ sôi (760 mmHg): 100℃):- Nhiệt dung riêng: 4,187 kJ/kg℃):- Độ nhớt (25 ): 0,9005 Ns/m℃): 0,9005 Ns/m 2

1.2 Quá trình - thiết bị chưng cất, ngưng tụ

1.2.1 Khái niệm

1.2.1.1 Chưng cất

“Chưng cất” là quá trình dùng để tách các cấu tử của một hỗn hợp lỏng (cũng như hổnhợp khí lỏng) thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau cùa các cấu tửtrong hỗn hợp (nghĩa là khi ở cùng một nhiệt độ, áp suất hơi bão hoà của các cấu tửkhác).

Khi chưng cất ta thu được nhiều cấu tử và thường thì hệ có bao nhiêu cấu tử sẽ thuđược bấy nhiêu sản phẩm Nếu xét hệ đơn giản chỉ có 2 cấu tử thì ta thu được 2 sảnphẩm:

- Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần rất ít các cấu tửcó độ bay hơi bé

- Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất ít cấu tử có độbay hơi lớn.

Bản chất của chưng cất chính là dựa vào nhiệt độ sôi hay nhiệt độ bay hơi khác nhauđể tách các cấu tử bằng cách lặp đi lặp lại nhiều lần quá trình bay hơi và ngưng tụ Chưng cất có khá nhiều ứng dụng như:

- Làm sạch các tạp chất như các chất keo, nhựa bẩn, … trong quá trình sản xuất rượuhoặc chưng cất tinh dầu.

- Thu các sản phẩm từ quá trình như chưng cất rượu, chưng cất cồn và chưng cất tinhdầu…

- Nâng cao chất lượng của sản phẩm vì qua quá trình chưng cất sẽ đem đến sản phẩmcó độ tinh khiết cao hơn.

1.2.1.2 Ngưng tụ

“Ngưng tụ” là quá trình thay đổi trạng thái vật chất từ trạng thái khí sang trạng tháilỏng, và là quá trình ngược của bay hơi Thông qua quá trình ngưng tụ, ta sẽ thu hồiđược các sản phẩm đi ra từ quá trình chưng cất.

1.2.2 Nguyên tắc của quá trình chưng cất

Tính đặc biệt của chưng cất chính là dùng năng lượng như là phương tiện trợ giúp đểtách Năng lượng có một ưu thế lớn đó là có thể dễ dàng đưa vào và lấy ra khỏi một hệthống Các nguyên tắc của quá trình chưng cất như sau:

 Lặp lại bước tách hỗn hợp

Nồng độ của chất cần phải tách có thể được tiếp tục nâng cao bằng cách tiếp tục chưngcất lại phần cất Nhiệt độ sôi khác nhau càng lớn thì người ta cần càng ít lần chưng cấtđể đạt đến một nồng độ nhất định.

 Chưng cất phân đoạn

Chưng cất phân đoạn là một trong những phương pháp kinh điển dùng để tách các chấtbay hơi ra khỏi một hỗn hợp dựa vào sự khác biệt nhiệt độ sôi của các chất trong hỗnhợp.

 Chưng cất lôi cuốn

Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước dựa trên sự khuếch tán và lôi cuốn theo hơinước của những hợp chất hữu cơ trong tinh dầu khi tiếp xúc với hơi nước ở nhiệt độcao Sự khuếch tán sẽ dễ dàng khi tế bào chứa tinh dầu trương phồng do nguyên liệutiếp xúc với hơi nước bão hòa trong một thời gian nhất định

1.2.3 Các phương pháp chưng cất

 Phân loại theo áp suất làm việc

- Áp suất thấp: Dùng cho hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao và các hỗn hợp cónhiệt độ sôi quá cao.

- Áp suất thường: Dùng để tách biệt chất đủ bền khi đun nóng và thực tế không bịphân hủy ở nhiệt độ sôi Phương pháp này thường dùng với các chất có nhiệt độ sôicao hơn 400℃): và thấp hơn 1600℃): vì những chất lỏng sôi thấp hơn 400℃): sẽ mất đinhiều sau khi chưng cất nên không có hiệu quả.

- Áp suất cao: Dùng cho các hỗn hợp không hóa lỏng ở áp suất thường. Phân loại theo nguyên lý làm việc

- Chưng cất đơn giản

- Chưng bằng hơi nước trực tiếp- Chưng cất đa cấu tử

 Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp- Cấp nhiệt trực tiếp cho đáy tháp bằng hơi nước.- Cáp nhiệt gián tiếp cho đáy tháp bằng nồi đun.

1.2.4 Các thiết bị chưng cất, ngưng tụ

1.2.4.1 Thiết bị chưng cất

Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để tiến hành chưng cất Tuynhiên yêu cầu cơ bản chung của các thiết bị vẫn giống nhau là diện tích bề mặt tiếpxúc pha phải lớn, điều này phụ thuộc vào mức độ phân tán của một lưu chất này vàolưu chất kia Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có các loại tháp mâm, nếu pha lỏngphân tán vào pha khí thì ta có tháp chêm, tháp phun…

 Tháp mâm: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các mâm có cấu tạokhác nhau, trên đó pha lỏng và pha hơi được cho tiếp xúc với nhau Tuỳ theo cấu tạocủa đĩa, ta có:

- Tháp mâm chóp: trên mâm bố trí có chóp dạng tròn, xupap, chữ S….- Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh.

 Tháp chêm (tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối tiếp nhau bằng mặt bíchhay hàn Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp sau: xếp ngẫunhiên hay xếp thứ tự.

Bảng 1.1 So sánh ưu, nhược điểm của các loại tháp

Tháp chêmTháp mâm xuyên lỗTháp mâm chóp

- Cấu tạo khá đơn giản- Trở lực thấp

- Cấu tạo đơn giản- Vệ sinh dễ dàng- Trở lực thấp hơn tháp chóp

- Ít tốn kim loại hơn tháp chóp

- Hiệu suất truyền khối cao, ổn định- Ít tiêu hao năng lượng hơn nên ít sốmâm hơn

Nhược điểm

- Hiệu suất thấp, kém ổn định

- Khó chế tạo được kích thước lớn, quy mô công nghiệp

- Khó kiểm soát quá trình chưng cất theo không gian tháp

- Kết cấu khá phức tạp- Trở lực khá cao

- Có trở lực lớn- Tiêu tốn nhiều vật tư, kết cấu phức tạp

1.2.4.2 Thiết bị ngưng tụ

Thiết bị ngưng tụ đóng vai trò quan trọng trong việc ngưng tụ hơi quá nhiệt sau đómáy sẽ nén thành môi chất lạnh trạng thái lỏng Các loại thiết bị ngưng tụ có mặt trênthị trường:

 Theo đặc điểm cấu tạo

Dựa vào cấu tạo của hệ thống làm mát mà chúng ta có thể phân chia thiết bị ngưng tụthành những loại sau:

- Dàn ngưng giải nhiệt bằng nước- Bình ngưng dạng lồng ống- Thiết bị ngưng tụ hơi nước- Thiết bị ngưng dạng tưới- Dàn ngưng dạng tấm bản- Theo môi trường làm mát

Dựa vào môi trường làm mát mà ta có thể chia thiết bị ngưng tụ thành 4 loại khácnhau:

- Bình ngưng tụ giải nhiệt nước: Thiết bị có chức năng làm mát với cấu tạo dạng dànnhúng hoặc bình phía trong của bể.

- Dàn ngưng tụ giải nhiệt gió: Các luồng gió và luồng không khí cưỡng bức hay cácluồng tự nhiên được đưa vào thiết bị và tiến hành trao đổi nhiệt với môi chất.

- Dàn ngưng giải nhiệt bằng không khí vào nước: Loại này sẽ tiến hành giải nhiệtbằng cách kết hợp cả nước và không khí Tuy nhiên, mỗi yếu tố sẽ đóng một vai tròriêng biệt: Không khí sẽ tiến hành giải nhiệt cho nước còn nước sẽ tiến hành giải nhiệtcho các môi chất lạnh bên trong thiết bị ngưng tụ.

- Thiết bị ngưng tụ bằng chất khác: Thiết bị này thường được sử dụng phổ biến ởtrong các hệ thống máy lạnh ghép tầng Máy hoạt động trên nguyên lý dàn ngưng ởphía dưới sẽ làm lạnh cho môi chất nằm ở dàn ngưng ở phía trên.

 Theo đặc điểm đối lưu của không khí

Dựa vào đặc điểm đối lưu mà chúng ta có 2 loại thiết bị ngưng tụ như sau:- Thiết bị ngưng tụ nhờ vào dòng đối lưu tự nhiên.

- Thiết bị ngưng tụ nhờ vào dòng đối lưu cưỡng bức. Theo nguyên lý vận hành

Dựa theo nguyên lý vận hành mà chúng ta có thể chia thiết bị thành 2 loại:

- Ngưng tụ theo dòng chảy ngược: Máy có dòng chất lỏng và hơi ngưng tụ dịchchuyển ngược chiều nhau.

- Ngưng tụ theo dòng chảy song song: Máy có dòng chất lỏng và ngưng tụ dịchchuyển theo cùng một chiều.

Kết luận: Vậy đối với hệ Acetone-Nước đang xét, ta chọn hệ thống chưng cất dùng

tháp mâm xuyên lỗ hoạt động liên tục chưng cất hỗn hợp ở áp suất thường, cấp nhiệttrực tiếp bằng hơi nước Từ đó, ta thiết kế thiết bị ngưng tụ phù hợp để thu hồi sảnphẩm từ quá trình chưng cất trên.

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

2.1 Sơ bộ nguyên liệu

Nguyên liệu là hỗn hợp Acetone – nước, là một hỗn hợp đẳng phí trong đó Acetone là cấu tử dễ bay hơi.

Bảng 2.2 Cân bằng lỏng – hơi cho hệ acetone – nước

t(oC) 10077,969,664,562,661,660,859,85958,257,556,9

y00,6030,720,803 0,827 0,842 0,855 0,869 0,882 0,904 0,9431

α-28,86 23,14 16,30 11,157,995,904,423,202,351,84(Trong đó: x là mol thành phần pha lỏng; y là mol thành phần pha hơi)

-Hình 2.3 Giản đồ nhiệt độ - thành phần của hệ Acetone - Nước

0510 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 1000

Thành phần cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng, %

Hình 2.4 Đồ thị x - y của hệ acetone – nước

2.2 Sơ đồ quy trình công nghệ chưng cất hỗn hợp Acetone-Nước

Chú thích các kí hiệu trong quy trình:1 Bồn chứa nguyên liệu

2 Bơm3 Bồn cao vị

4 Thiết bị gia nhiệt dòng nhập liệu5 Tháp chưng cất

6 Thiết bị ngưng tụ

7 Bồn chứa sản phẩm đỉnh

8 Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh9 Nồi đun đáy tháp

10 Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy11 Bồn chứa sản phẩm đáy

12 Phân phối lỏng13 Bơm hoàn lưu

2.3 Thuyết minh sơ đồ quy trình công nghệ

Hỗn hợp Acetone - Nước có nồng độ Acetone 25% (theo mol), nhiệt độ khoảng 300Ctại bể chứa nhiên liệu (1) được bơm (2) lên bồn cao vị (3), sau đó qua thiết bị trao đổinhiệt (10) (trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy) Hỗn hợp được đun sôi đến nhiệt độ sôitrong thiết bị gia nhiệt (4), rồi được đưa vào tháp chưng cất (5) ở mâm nhập liệu Trênmâm nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn luyện của tháp chảy xuống.Trong tháp, hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng chảy từ trên xuống Ở đây, có sự tiếp xúcvà trao đổi giữa hai pha với nhau Pha lỏng chuyển động trong phần chưng càng xuốngdưới càng giảm nồng độ các cấu tử dễ bay hơi vì đã bị pha hơi (tạo nên từ hơi nước từnồi hơi (9) được cấp trực tiếp vào đáy tháp) lôi cuốn cấu tử dễ bay hơi Nhiệt độ cànglên trên càng thấp, nên khi hơi đi qua các mâm từ dưới lên thì các cấu tử có nhiệt độsôi cao hơn là nước sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp cócấu tử Acetone chiếm nhiều nhất 95% mol Acetone Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ(6) và được ngưng tụ hoàn toàn Một phần của chất lỏng ngưng tụ được hồi lưu vềtháp ở đĩa trên cùng với chỉ số hoàn lưu thích hợp Một phần cấu tử có nhiệt độ sôithấp được bốc hơi, còn lại cấu tử có nhiệt độ sôi cao trong chất lỏng ngày càng tăng.Phần còn lại của chất lỏng ngưng tụ đi qua thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh (7), đượclàm nguội đến 300C, rồi được đưa qua bồn chứa sản phẩm đỉnh (8) Cuối cùng, ở đáytháp ta thu được hỗn hợp lỏng hầu hết là cấu tử khó bay hơi (nước) Dung dịch lỏngđáy đi ra khỏi tháp, một phần được đun và bốc hơi ở nồi đun (9) cấp lại cho tháp tiếptục làm việc Phần còn lại vào thiết bị trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu và được chứa ởbồn chứa (11) Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là Acetone, sản phẩmđáy sau khi trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu được đưa về khu xử lý thải.

CHƯƠNG 3: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

3.1 Các thông số ban đầu

Bảng 3.3 Các thông số ban đầu

Thápchưng cất

Năng suất nhậpliệu

GF =2.000(kg/h

Tỷ lệ thu hồi Aceton η = 99%Nồng độ dòng

nhập liệu xF = 25%Nồng độ sản

phẩm đỉnh xD = 95%

Thiết bịngưng tụdòng sảnphẩm đỉnh

Nhiệt độ vào củadòng nước làm

v = 25oC

Nhiệt độ dòng hơisản phẩm đỉnh trong

thiết bị ngưng tụ t

D1 = 57,4oCNhiệt độ ra của

dòng nước làmlạnh

tr = 45oC

Thiết bịlàm nguội

sản phẩmđỉnh

Nhiệt độ dòng

nước đi vào tv = 25oC Nhiệt độ dòng sản

phẩm đỉnh vào ống tD2v = 57,4oCNhiệt độ dòng

nước đi ra tr = 35oC

Nhiệt độ dòng sảnphẩm đỉnh ra khỏi

D2r = 30 oC

Thiết bịtrao đổidòng nhậpliệu và sảnphẩm đáy

Nhiệt độ vào của

dòng nhập liệu tF1v = 30oC phẩm đáy trước khiNhiệt độ dòng sảnlàm nguội

tWlv = 98,7oC

Nhiệt độ ra của

dòng nhập liệu tF1r = 50oC

Nhiệt độ dòng sảnphẩm đáy sau khi

Wlr = 50oCThiết bị

gia nhiệtdòng nhập

đáy ngưngKí hiệu:

xF: Phân mol Acetone trong dòng nhập liệu.xD: Phân mol Acetone trong sản phẩm đỉnh.xW: Phân mol Acetone trong sản phẩm đáy.

D: Suất lượng sản phẩm đỉnh (kmol/h).W: Suất lượng sản phẩm đáy (kmol/h).

= (0,25pmol) × (58kg/kmol) + (1-0,25)pmol.(18kg/kmol)= 28 kg/kmol.

Suất lượng dòng nhập liệu (tính theo kmol/h): F = GMF

F = 28 kg/kmol2.000 kg /h = 71,4 kmol/hTỷ lệ thu hồi Aceton: D× xF × xD

Suất lượng sản phẩm đỉnh (tính theo kmol/h): D = 18,6 (kmol/h)

Suất lượng sản phẩm đỉnh: GD = D×Mtb(D) = (18,6kg/h) × (56kg/kmol) =1.041,6 kg/h

W = GMW

W = 18,1kg /kmol958,4 kg/h = 53 kmol/h

Bảng 3.4 Kết quả tính toán cân bằng vật chất tháp chưng cất

Thông số

Dòng (1)

Năng suấtnguyênliệu (kg/h)

Nồng độ x(% mol)

Phân tửlượngtrung bình

Năng suất(kmol/h)(5) = (2)/ (4)

Nồng độ x(% khối

3.2.2 Tỉ số hoàn lưu

3.2.2.1 Tỉ số hoàn lưu tối thiểu

“Tỉ số hoàn lưu tối thiểu” là chỉ số mà chế độ làm việc 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 (nguyênliệu, nước, bơm ) là tối thiểu.

Từ bảng số liệu (bảng 2), ta xây dựng đồ thị cân bằng pha của hệ Aceton - Nước ở ápsuất 1 atm như ở hình 2.2.

Do đồ thị cân bằng pha của hệ Aceton - Nước có điểm uốn nên xác định tỉ số hoàn lưutối thiểu bằng cách: Trên đồ thị cân bằng pha của hệ Aceton - Nước (hình 2.2), từ điểm(0,95; 0,95) vẽ đường tiếp tuyến với đường cân bằng tại điểm uốn cắt trục y tại điểmy* = 0,65 (như hình 3.1 bên dưới).

0510 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 1000

Thành phần cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng, %

3.2.2.2 Tỉ số hoàn lưu thích hợp

Việc chọn chỉ số hoàn lưu thích hợp rất quan trọng, vì khi chỉ số hoàn lưu nhỏ thì sốbậc của tháp lớn (tăng chi phí chế tạo) nhưng ít tiêu tốn hơi đốt (giảm chi phí làmviệc); ngược lại, khi chỉ số hoàn lưu càng lớn thì số bậc của tháp ít hơn nhưng tiêu tốnhơi đốt lớn vì phải làm bay hơi lượng hồi lưu này

Vì vậy, chỉ số hoàn lưu làm việc gần đúng: Rth = (1,2 ÷ 2,5).Rmin

Ta chọn: Rth = 1,5Rmin = 1,5×0,46 = 0,69

3.2.3 Phương trình làm việc và xác định số mâm

3.2.3.1 Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất

y = R

R +1 x+xD

R+1 (IX 20, tr.144, [2])

 y = 0,69+10,69 x+ 0,95

0,69+1 = 0,41x + 0,56→ y = 0,41x + 0,56.

3.2.3.2 Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng

x = R + LR +1 y+L−1

R+L xW (IX.22, tr.158, [2])

Với L = GGF

D = 1.041,6 kg/h2.000 kg/h = 1,92 x = 0,69+1,920,69+1 y + 1,92−1

→ x = 0,65y + 0,0012.

3.2.3.3 Xác định số mâm lý thuyết

Hình 3.6 Giản đồ cân bằng lỏng hơi và mâm lý thuyết của hệ Aceton - NướcTheo đồ thị, ta xác định được số mâm lý thuyết toàn tháp: Nlt = 10 và 1 nồi đun Trongđó, số mâm lý thuyết đoạn chưng là 2; số mâm lý thuyết đoạn cất là 7 và mâm nhậpliệu là mâm số 8 (tính từ trên xuống).

Đường làm việc phần chưngMâm lý thuyết

Thành phần cấu tử dễ bay hơi Thành phần

cấu tử dễ bay hơi

Nlt - số đĩa lý thuyếtNtt - số đĩa thực tế

ηtb - hiệu suất trung bình của thiết bị theo công thức: ηtb = η1+η2+η3

Tại x1= 0,95, tra trên giản đồ nhiệt độ - thành phần ta được: t1= 57,4oC

Độ bay hơi tương đối theo công thức (IX.61, tr.171, [2]):

Nội suy theo (bảng I.101, tr.91- 92, [1]): μAceton = 0,234 mPa.s và μNước = 0,490 mPa.s

Độ nhớt của hỗn hợp tại vị trí đỉnh (mâm số 1) theo (CT I.12, tr.84, [1]):

log(μhh) = x1×log(μAceton) + (1−x1)×log(μNước)

Tại x8 = 0,25, tra trên giản đồ nhiệt độ - thành phần ta được: t8= 63,2 oC

Độ bay hơi tương đối theo công thức (IX.61, tr.171, [2]):

Nội suy theo (bảng I.101, tr.91- 92, [1]): μAceton = 0,225 mPa.s và μNước = 0,451 mPa.s

Độ nhớt của hỗn hợp tại vị trí đỉnh tháp theo (CT I.12- tr.84, [1]):

log(μhh) = x8×log(μAceton) + (1 − x8)×log(μnước) = 0,25×log0,225 + (1-0,25)×log0,451 = -0,421→ μhh = 10-0,421 = 0,379 mPa.s

Tích số: α μhh = 13,667×0,379 = 5,180

Tra theo (hình IX.11, tr.171, [2]), ta được: η2 = 32,5%

c) Vị trí đáy tháp (mâm số 10)

Từ giản đồ hình 3.2, ta xác định được: x10= 0,0034; y*10= 0,03

Tại x10 = 0,0034, tra trên giản đồ nhiệt độ - thành phần ta được: t10= 98,7 oC

Độ bay hơi tương đối theo (CT IX.61, tr.171, [2]):

Nội suy theo (bảng I.101, tr.91- 92, [1]): μAceton = 0,172 mPa.s và μNước = 0,289 mPa.s

Độ nhớt của hỗn hợp tại vị trí đỉnh tháp theo (CT I.12, tr.84, [1]):

log(μhh) = x10×log(μAceton) + (1–x10)×log(μNước)

= 0,0034×log0,172 + (1-0,0034)×log0,289 = -0,540→ μhh = 10-0,540 = 0,288 mPa.s

Bảng 3.5 Kết quả tính toán hiệu suất tại ba vị trí

 NttChưng = NChư ngη

tb = 44,33 %3 =¿6,77 => chọn 7 mâm NttCất = NηC ấ t

tb = 44,33 %7 =¿15,79 => chọn 16 mâm Ta chọn số mâm thực tế là 23 mâm.

Kết luận: Số mâm thực tế là 23 mâm và 1 nồi đun, trong đó có 7 mâm chưng, 16 mâm

cất, mâm nhập liệu thuộc mâm số 17 (tính từ trên xuống).

CHƯƠNG 4: CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

Các thông số nhiệt độ cần tính toán được chọn theo Bảng 3.1

4.1 Cân bằng năng lượng cho thiết bị ngưng tụ

Nhiệt độ dòng hơi sản phẩm đỉnh trước khi vào thiết bị ngưng tụ: tD1 = 57,4oC.Nhiệt độ vào và ra của dòng nước lạnh: tv = 25oC; tr =45oC.

Nhiệt độ trung bình của dòng nước lạnh: ttb = 35oC.

Nhiệt dung riêng của nước làm lạnh ở ttb = 35oC: Cn = 4,176 kJ/kg.độ.Phương trình cân bằng năng lượng (ngưng tụ hoàn toàn):

GD×(Rth + 1)×rD = Gn1×Cn×(tr − tv) (IX.165, tr.198, [2])

→ Gn1 = GDC×(Rth+1)×rD

n×(tr−tv) , kg/h.Trong đó:

GD - suất lượng dòng hơi sản phẩm đỉnh, kg/h.Rth - chỉ số hoàn lưu thích hợp.

rD - ẩn nhiệt ngưng tụ dòng sản phẩm đỉnh, kJ/kg.Gn1 - suất lượng nước lạnh tiêu tốn để ngưng tụ, kg/h.Cn - nhiệt dung riêng của nước lạnh, kJ/kg.độ.

tr, tv - nhiệt độ nước ra, nước vào; oC.

Tra (bảng I.212, tr.254, [1]) tại tD1 = 57,4oC, ta có:- Nhiệt hoá hơi của Acetone: rAceton = 521,34 kJ/kg- Nhiệt hoá hơi của Nước: rNước = 2.425,52 kJ/kgẨn nhiệt ngưng tụ của hơi ở 57,40oC: