Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong ngành công nghiệp hóa chất và chế biến thực phẩm, việc tinh chế và nâng cao độ tinh khiết của các cấu tử đóng vai trò quyết định đến chất lượng của thành phẩm. Hỗn hợp Nước – Axit Axetic ($H_2O - CH_3COOH$) là một hệ dung dịch phổ biến phát sinh từ nhiều quy trình tổng hợp hữu cơ, lên men và sản xuất công nghiệp. Axit axetic là một axit hữu cơ cơ bản, được sử dụng rộng rãi làm nguyên liệu sản xuất este, dấm ăn (chứa 4,5% axit axetic), làm đông đặc mủ cao su, sản xuất tơ sợi xenluloza axetat, chất dẻo polyvinyl axetat, phẩm màu và dược phẩm. Do đó, việc phân tách hỗn hợp này nhằm thu hồi axit axetic nồng độ cao là một nhiệm vụ kỹ thuật có ý nghĩa thực tiễn lớn.

Đề tài tập trung giải quyết bài toán thiết kế hệ thống tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền nhằm phân tách hỗn hợp Nước – Axit Axetic ở quy mô công nghiệp. Các nhiệm vụ và thông số kỹ thuật ban đầu được quy định như sau:

  1. Năng suất tính theo hỗn hợp đầu: $F = 13,5 \text{ tấn/giờ}$ (tương đương $13.500 \text{ kg/h}$).
  2. Nồng độ cấu tử dễ bay hơi (Nước) theo phần khối lượng ($a$):
    • Hỗn hợp đầu ($a_F$): $0,31 \text{ phần khối lượng}$.
    • Sản phẩm đỉnh ($a_P$): $0,975 \text{ phần khối lượng}$.
    • Sản phẩm đáy ($a_W$): $0,01 \text{ phần khối lượng}$.
  3. Chế độ làm việc: Tháp vận hành liên tục ở áp suất thường ($P = 1 \text{ atm}$); hỗn hợp đầu được gia nhiệt trước khi nạp liệu đạt trạng thái lỏng sôi tại áp suất làm việc.
  4. Yêu cầu bản vẽ kỹ thuật: Hoàn thành 01 bản vẽ sơ đồ dây chuyền sản xuất khổ A4 và 01 bản vẽ hệ thống tháp chưng luyện khổ A0.
  • Đối tượng nghiên cứu: Quá trình truyền khối - truyền nhiệt trong tháp chưng luyện tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền và hệ nhiệt động hai cấu tử Nước – Axit Axetic.
  • Phạm vi nghiên cứu: Thiết kế công nghệ hoàn chỉnh từ tính toán cân bằng vật chất, cân bằng nhiệt lượng, động học chuyển khối (xác định kích thước hình học chính của tháp: đường kính, chiều cao, số đĩa), tính toán thiết bị phụ (thiết bị trao đổi nhiệt, bơm, thùng cao vị) đến tính toán độ bền cơ khí của thân tháp và các chi tiết đỡ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình tính toán

Nghiên cứu dựa trên nền tảng lý thuyết nhiệt động lực học quá trình chưng luyện (Distillation/Fractionation) – phương pháp phân tách hỗn hợp lỏng dựa trên sự khác biệt về độ bay hơi tương đối giữa các cấu tử ở cùng áp suất. Trong hệ Nước – Axit Axetic, nước là cấu tử dễ bay hơi hơn (nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển là $100^\circ\text{C}$), trong khi axit axetic là cấu tử khó bay hơi hơn (nhiệt độ sôi $118^\circ\text{C}$).

Các giả thiết kỹ thuật được thiết lập để giải bài toán công nghệ:

  • Dòng mol pha hơi và dòng mol pha lỏng được giả định không đổi trên toàn bộ chiều cao của từng đoạn tháp (đoạn luyện và đoạn chưng).
  • Nhiệt hóa hơi mol của các cấu tử tuân theo quy tắc thực nghiệm Trouton.
  • Bỏ qua nhiệt hòa tan và tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh.
  • Hỗn hợp nạp liệu vào tháp ở nhiệt độ sôi tương ứng với nồng độ của nó.
  • Hơi ra khỏi đỉnh tháp sau khi ngưng tụ hoàn toàn có thành phần đúng bằng nồng độ sản phẩm đỉnh.

Phương pháp nghiên cứu và tính toán kỹ thuật

  1. Phương pháp cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng: Sử dụng hệ phương trình cân bằng liên tục để xác định lưu lượng sản phẩm đỉnh ($P$), sản phẩm đáy ($W$), lưu lượng pha lỏng hồi lưu ($L_0$), dòng hơi ($D_0$) và nhu cầu năng lượng cấp cho các thiết bị đun sôi đáy tháp, gia nhiệt nạp liệu, ngưng tụ đỉnh và làm nguội sản phẩm.
  2. Phương pháp giải tích kết hợp đồ thị (McCabe-Thiele):
    • Xác định chỉ số hồi lưu tối thiểu ($R_{min}$) dựa trên tọa độ cân bằng pha lỏng - hơi ($x-y$).
    • Khảo sát hệ số dư $\beta$ biến thiên từ $1,2$ đến $2,5$ để xác định chỉ số hồi lưu thích hợp ($R_{th}$) thông qua việc tối ưu hóa hàm mục tiêu thể tích tháp: $N_{lt}(R_x + 1) \rightarrow \min$.
  3. Phương pháp động học chuyển khối:
    • Xác định số đĩa thực tế ($N_{tt}$) bằng phương pháp đường cong động học thông qua việc tính toán hệ số khuếch tán pha hơi ($D_y$), hệ số khuếch tán pha lỏng ($D_x$), kích thước đường dài dựa trên sức căng bề mặt ($\sigma$).
    • Ứng dụng các chuẩn số đồng dạng thủy động lực học và truyền khối: Chuẩn số Reynolds ($Re$), Nusselt ($Nu$), Prandtl ($Pr$), Weber ($We$) và Galilei ($Ga$) cho cả hai pha lỏng - hơi.
  4. Phương pháp thủy lực tháp đĩa: Xác định trở lực của tháp bao gồm trở lực đĩa khô ($\Delta P_k$), trở lực do sức căng bề mặt ($\Delta P_\sigma$) và trở lực thủy tĩnh của lớp bọt lỏng trên đĩa ($\Delta P_{tt}$).
  5. Phương pháp tính toán cơ khí thiết bị hóa chất: Kiểm tra độ bền thân hình trụ, đáy, nắp elip chịu áp suất trong và ngoài; tính chọn bích ghép, đường kính ống dẫn lưu chất, tai treo và chân đỡ thiết bị theo tiêu chuẩn ngành.

Nguồn dữ liệu

Dữ liệu tính toán nhiệt động (cân bằng lỏng - hơi hệ Nước – Axit Axetic, khối lượng riêng, độ nhớt, sức căng bề mặt, nhiệt dung riêng, ẩn nhiệt hóa hơi) và các công thức chuẩn được trích xuất từ Sổ tay Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa chất (Tập 1 và Tập 2).

Thiết kế và triển khai hệ thống công nghệ

Dây chuyền công nghệ chưng luyện liên tục

Hệ thống thiết bị công nghệ phân tách hỗn hợp Nước – Axit Axetic bao gồm 14 cụm thiết bị và phụ kiện liên kết thành một chu trình khép kín:

Ký hiệu Tên thiết bị trong dây chuyền Chức năng kỹ thuật trong hệ thống
(1) Bơm ly tâm Vận chuyển hỗn hợp đầu từ bể chứa nguyên liệu lên thùng cao vị
(2) Thùng cao vị Ổn định áp lực và duy trì lưu lượng nạp liệu vào tháp không đổi qua ống chảy tràn
(3) Thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu Trao đổi nhiệt dạng ống chùm, dùng hơi nước bão hòa ngoài ống để đưa nạp liệu đến nhiệt độ sôi
(4) Đồng hồ đo lưu lượng Theo dõi và kiểm soát lưu lượng dòng nguyên liệu trước khi vào đĩa tiếp liệu
(5) Tháp chưng luyện đĩa lỗ Thiết bị phản ứng truyền khối chính (phần trên là đoạn luyện, phần dưới là đoạn chưng)
(6) Thiết bị ngưng tụ đỉnh tháp Ngưng tụ hoàn toàn dòng hơi đỉnh tháp bằng nước lạnh đi trong ống chùm
(7) Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh Hạ nhiệt độ dòng sản phẩm đỉnh trước khi đưa vào bồn chứa
(8) Thùng chứa sản phẩm đỉnh Lưu trữ sản phẩm nước tinh chế đạt nồng độ $a_P = 0,975$
(9) Thiết bị gia nhiệt đáy tháp Đun sôi tuần hoàn và bốc hơi một phần dòng lỏng đáy để tạo dòng hơi đi ngược lên
(10) Cụm tháo nước ngưng Thu gom và xả nước ngưng tụ từ các thiết bị gia nhiệt dùng hơi
(11) Thùng chứa hỗn hợp đầu Chứa nguyên liệu thô ban đầu phục vụ cho chu trình sản xuất
(12) Bộ phận phân phối chất lỏng Phân bố đều dòng lỏng hồi lưu và dòng nạp liệu lên tiết diện đĩa
(13) Van xả khí không ngưng Xả các khí không ngưng tích tụ trong thiết bị ngưng tụ ra ngoài
(14) Thùng chứa sản phẩm đáy Chứa dung dịch Axit Axetic đậm đặc ($a_W = 0,01$ phần khối lượng nước)

Nguyên lý vận hành thủy động

Dung dịch đầu từ thùng chứa (11) được bơm ly tâm (1) đưa lên thùng cao vị (2), sau đó tự chảy qua đồng hồ đo lưu lượng (4) vào thiết bị gia nhiệt ống chùm (3). Sau khi đạt nhiệt độ sôi, hỗn hợp đi vào đĩa tiếp liệu của tháp chưng luyện (5). Trong thân tháp, pha hơi đi từ dưới lên qua các lỗ đĩa tiếp xúc trực tiếp với pha lỏng chảy ngược chiều từ trên xuống. Quá trình bốc hơi và ngưng tụ diễn ra liên tục trên từng đĩa: pha hơi ngày càng giàu cấu tử dễ bay hơi (Nước), trong khi pha lỏng chảy xuống đáy ngày càng giàu cấu tử khó bay hơi (Axit Axetic). Hơi đỉnh tháp được ngưng tụ hoàn toàn tại thiết bị (6); một phần chất lỏng được hồi lưu về đỉnh tháp với tỉ số hồi lưu $R_{th} = 4,052$, phần còn lại được làm nguội tại thiết bị (7) và đưa về thùng chứa (8). Dòng lỏng đáy tháp qua thiết bị bốc hơi (9) để duy trì dòng hơi đối lưu, phần sản phẩm đáy đạt yêu cầu được tháo liên tục về thùng chứa (14).

Nội dung chính theo từng chương

Phần I: Tổng quan

Phần này trình bày lý luận tổng quan về kỹ thuật chưng cất, phân loại các phương pháp (chưng áp suất thấp, áp suất thường, áp suất cao; làm việc gián đoạn hoặc liên tục) và so sánh các dạng tháp chuyển khối (tháp đệm, tháp đĩa chóp, tháp đĩa lỗ có và không có ống chảy truyền). Tác giả phân tích tính chất lý hóa của đơn chất:

  • Nước ($H_2O$): Khối lượng phân tử $M_A = 18 \text{ g/mol}$, khối lượng riêng $d_4^\circ = 1 \text{ g/ml}$, nhiệt độ sôi $100^\circ\text{C}$, độ nhớt ở $25^\circ\text{C}$ là $1,005 \times 10^{-3} \text{ N}\cdot\text{s/m}^2$.
  • Axit Axetic ($CH_3COOH$): Khối lượng phân tử $M_B = 60 \text{ g/mol}$, nhiệt độ nóng chảy $16,635^\circ\text{C}$, nhiệt độ sôi $118^\circ\text{C}$, khối lượng riêng $1,0497 \text{ g/cm}^3$ (ở $20^\circ\text{C}$), hằng số phân ly axit $K = 1,75 \times 10^{-5}$. Văn bản nêu rõ đặc tính ăn mòn: axit axetic ăn mòn sắt; nhôm bị ăn mòn bởi axit loãng nhưng đề kháng tốt với axit đặc nguyên chất; đồng và chì bị ăn mòn khi có mặt không khí; thiếc và thép hợp kim Niken – Crom có khả năng chống ăn mòn tốt.

Phần II: Tính toán thiết bị chính

Tác giả triển khai các bước tính toán công nghệ cốt lõi cho tháp chưng luyện đĩa lỗ:

  1. Cân bằng vật liệu toàn tháp:
    • Đổi nồng độ phần khối lượng sang phần mol: $x_F = 0,5996 \text{ (mol/mol)}$, $x_P = 0,9923 \text{ (mol/mol)}$, $x_W = 0,0325 \text{ (mol/mol)}$.
    • Khối lượng mol trung bình nạp liệu: $M_F = 58,635 \text{ kg/kmol}$.
    • Suất dòng mol: Hỗn hợp đầu $F = 387,74 \text{ kmol/h}$, sản phẩm đỉnh $P = 229,04 \text{ kmol/h}$, sản phẩm đáy $W = 158,66 \text{ kmol/h}$.
  2. Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp ($R_{th}$):
    • Từ đồ thị cân bằng $t-x-y$, xác định $y^*_F = 0,71566$.
    • Tính toán và vẽ đồ thị biến thiên số đĩa lý thuyết $N_{lt}$ theo hệ số dư $\beta$ từ $1,2$ đến $2,5$.
    • Tại $\beta = 1,7$, giá trị $R_x = 4,0521$ đạt cực tiểu của hàm $N_{lt}(R_x + 1) = 156,612$, tương ứng với số đĩa lý thuyết $N_{lt} = 31 \text{ đĩa}$.
    • Phương trình đường làm việc: Đoạn luyện $y = 0,802x + 0,1964$; Đoạn chưng $y = 0,8793x - 0,0286$.
  3. Tính đường kính tháp ($D$):
    • Lượng hơi trung bình đoạn luyện: $g_{tb} = 1246,06 \text{ kmol/h}$; đoạn chưng: $g'_{tb} = 668,207 \text{ kmol/h}$.
    • Tính toán vận tốc giới hạn trên và dưới để tránh hiện tượng ngập lụt/tạo bọt: vận tốc làm việc đoạn luyện $w_{lv} = 2,351 \text{ m/s}$, đoạn chưng $w_{lv} = 1,344 \text{ m/s}$.
    • Đường kính tính toán cho cả hai đoạn quy chuẩn là $D = 2,4 \text{ m}$.
  4. Tính chiều cao tháp qua đường cong động học:
    • Tính hệ số khuếch tán: Pha hơi đoạn luyện $D_y = 1,236 \times 10^{-4} \text{ m}^2\text{/s}$, đoạn chưng $D_y = 1,264 \times 10^{-4} \text{ m}^2\text{/s}$; Pha lỏng $D_{Lx} = D_{Cx} = 8,913 \times 10^{-9} \text{ m}^2\text{/s}$.
    • Khối lượng riêng lớp bọt: Đoạn luyện $\rho_{bL} = 109,026 \text{ kg/m}^3$; Đoạn chưng $\rho_{bC} = 137,93 \text{ kg/m}^3$.
    • Trở lực thủy tĩnh lớp chất lỏng trên đĩa: Đoạn luyện $\Delta P_{ttL} = 121,269 \text{ N/m}^2$; Đoạn chưng $\Delta P_{ttC} = 122,465 \text{ N/m}^2$.
    • Xây dựng bảng số liệu động học và vẽ đồ thị xác định số đĩa thực tế: $N_{tt} = 43 \text{ đĩa}$ (trong đó đoạn luyện có 29 đĩa, đoạn chưng có 12 đĩa).
    • Chọn khoảng cách đĩa $H_đ = 0,4 \text{ m}$, chiều dày đĩa $\delta = 0,005 \text{ m}$.
    • Chiều cao đoạn luyện: $H_L = 12,3 \text{ m}$; chiều cao đoạn chưng: $H_C = 5,3 \text{ m}$; tổng chiều cao thân tháp: $H = 17,6 \text{ m}$.
  5. Tính toán trở lực và cân bằng nhiệt: Xác định trở lực tổng cộng của tháp qua trở lực đĩa khô, sức căng bề mặt và thủy tĩnh; tính toán cân bằng nhiệt lượng cho toàn hệ thống.

Phần III: Tính thiết bị phụ

Nội dung chương này bao gồm các tính toán kỹ thuật cho các thiết bị hỗ trợ:

  • Xác định hiệu số nhiệt độ trung bình ($\Delta t_{tb}$), nhiệt lượng trao đổi ($Q$) và diện tích bề mặt truyền nhiệt ($F_{tn}$) của thiết bị gia nhiệt nạp liệu loại ống chùm.
  • Tính toán công suất bơm ly tâm vận chuyển chất lỏng và tính toán thể tích, chiều cao đặt thùng cao vị nhằm đảm bảo áp lực cấp liệu tự chảy ổn định.
  • Tính toán nhiệt lượng và diện tích trao đổi nhiệt cho thiết bị ngưng tụ hoàn toàn sản phẩm đỉnh và thiết bị làm lạnh sản phẩm.

Phần IV: Tính toán cơ khí và lựa chọn

Phần cơ khí giải quyết việc chuyển đổi các thông số nhiệt động sang kết cấu vật lý bền vững:

  • Tính toán chiều dày thân tháp hình trụ làm việc dưới áp suất khí quyển.
  • Tính toán kích thước hình học nắp và đáy elip tiêu chuẩn chịu lực.
  • Tính đường kính các ống dẫn: ống nạp liệu, ống dẫn hơi đỉnh, ống hồi lưu, ống tháo sản phẩm đáy.
  • Chọn mặt bích ghép thân tháp (bố trí 5 đĩa giữa 2 mặt bích để thuận tiện cho việc chế tạo, lắp đặt và bảo dưỡng).
  • Tính toán kiểm nghiệm độ bền cơ học cho hệ thống tai treo và chân đỡ tháp.

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán thiết kế chính

Toàn bộ các thông số kỹ thuật và hình học của tháp chưng luyện hệ Nước – Axit Axetic được tổng hợp chi tiết trong bảng số liệu sau:

Thông số kỹ thuật Ký hiệu Đơn vị Giá trị tính toán
Năng suất nạp liệu $F$ $\text{tấn/h}$ $13,5$ ($13.500 \text{ kg/h}$)
Nồng độ sản phẩm đỉnh (Nước) $a_P$ ($x_P$) $\text{phần KL (phần mol)}$ $0,975$ ($0,9923$)
Nồng độ sản phẩm đáy (Nước) $a_W$ ($x_W$) $\text{phần KL (phần mol)}$ $0,010$ ($0,0325$)
Chỉ số hồi lưu thích hợp $R_{th}$ $-$ $4,052$
Số đĩa lý thuyết $N_{lt}$ $\text{đĩa}$ $31$
Số đĩa thực tế toàn tháp $N_{tt}$ $\text{đĩa}$ $43$
Số đĩa thực tế đoạn luyện $N_{L}$ $\text{đĩa}$ $29$
Số đĩa thực tế đoạn chưng $N_{C}$ $\text{đĩa}$ $12$
Đường kính tháp quy chuẩn $D$ $\text{m}$ $2,4$
Khoảng cách giữa các đĩa $H_đ$ $\text{m}$ $0,4$
Chiều dày đĩa $\delta$ $\text{m}$ $0,005$
Chiều cao đoạn luyện $H_L$ $\text{m}$ $12,3$
Chiều cao đoạn chưng $H_C$ $\text{m}$ $5,3$
Tổng chiều cao thân tháp $H$ $\text{m}$ $17,6$

Đóng góp kỹ thuật của đồ án

  • Lựa chọn kết cấu hợp lý: Đồ án đã lựa chọn và chứng minh tính khả thi của loại tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền. Kết cấu này có ưu điểm là chế tạo đơn giản, trở lực pha hơi tương đối thấp, diện tích bề mặt truyền khối trên toàn bộ tiết diện đĩa được tận dụng tối đa và ít bị bám cặn bẩn so với tháp đệm hay đĩa chóp.
  • Phương pháp xác định số đĩa thực tế chính xác: Thay vì sử dụng hiệu suất đĩa trung bình đơn giản, tác giả áp dụng phương pháp đường cong động học chuyển khối dựa trên các chuẩn số đồng dạng ($Nu, Re, Pr, We, Ga$), giúp phản ánh chính xác cơ chế truyền vật chất thực tế giữa hai pha lỏng - hơi trong điều kiện làm việc của hệ dung dịch Nước – Axit Axetic.
  • Tính toán đồng bộ: Đồ án cung cấp một chuỗi tính toán liên hoàn từ cân bằng vật chất - nhiệt lượng, thủy động lực học, kích thước hình học đến lựa chọn chi tiết cơ khí (thân, nắp, bích, ống dẫn, chân đỡ) và các thiết bị phụ trợ trong dây chuyền.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế

  • Các tính toán công nghệ dựa trên một số giả thiết đơn giản hóa như: lưu lượng mol pha hơi và pha lỏng không đổi dọc theo từng đoạn tháp, bỏ qua nhiệt hòa tan và nhiệt tổn thất ra môi trường bên ngoài.
  • Hệ thống được thiết kế làm việc ở áp suất thường ($1 \text{ atm}$), dẫn đến nhiệt độ đáy tháp khá cao ($t_W \approx 116,7 - 118^\circ\text{C}$), làm tăng cường độ ăn mòn kim loại của axit axetic ở nhiệt độ cao.
  • Đồ án chưa đi sâu vào việc lựa chọn vật liệu phi kim hoặc hợp kim đặc biệt chống ăn mòn cho từng vùng nhiệt độ của thân tháp.

Hướng phát triển tiếp

  • Nghiên cứu khảo sát quá trình chưng cất hệ Nước – Axit Axetic ở áp suất chân không nhằm hạ nhiệt độ sôi của hỗn hợp đáy, từ đó giảm thiểu tác động ăn mòn thiết bị và tiết kiệm năng lượng nhiệt đun sôi.
  • Bổ sung các giải pháp tích hợp nhiệt (Heat Integration), chẳng hạn như sử dụng nhiệt của dòng sản phẩm đáy ($116,7^\circ\text{C}$) để gia nhiệt sơ bộ cho dòng nạp liệu đầu vào thay vì sử dụng hoàn toàn hơi nước bão hòa.
  • Ứng dụng các phần mềm mô phỏng công nghệ hóa học chuyên dụng (như Aspen Plus hoặc ChemCAD) để kiểm chứng lại các thông số động học và tối ưu hóa vị trí đĩa nạp liệu.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án này mang lại giá trị thực hành kỹ thuật cao cho các nhóm đối tượng:

  • Sinh viên ngành Công nghệ Hóa học, Kỹ thuật Hóa học, Công nghệ Thực phẩm và Quá trình - Thiết bị: Là tài liệu tham khảo chi tiết về phương pháp tính toán tháp chưng luyện liên tục loại đĩa lỗ không có ống chảy truyền.
  • Kỹ sư thiết kế quá trình: Cung cấp phương pháp mẫu về việc áp dụng lý thuyết chuyển khối và các phương trình chuẩn số ($Nu, Pr, We, Ga$) để tính toán số đĩa thực tế qua đường cong động học – một nội dung phức tạp thường gặp sai số lớn trong thiết kế tháp phân tách.
  • Phần đáng tham khảo nhất: Quy trình giải thuật tối ưu hóa chỉ số hồi lưu $R_{th}$ qua việc khảo sát hàm $N_{lt}(R_x + 1)$ và phương pháp xác định trở lực thủy tĩnh, chiều cao lớp bọt trên đĩa lỗ.

Câu hỏi thường gặp

1. Năng suất nạp liệu và yêu cầu về độ tinh khiết sản phẩm trong đồ án được quy định như thế nào?
Năng suất hỗn hợp đầu vào là $13,5 \text{ tấn/giờ}$ ($13.500 \text{ kg/h}$) với nồng độ nước chiếm $0,31$ phần khối lượng. Sản phẩm đỉnh yêu cầu nồng độ nước đạt $0,975$ phần khối lượng, và sản phẩm đáy (Axit Axetic) có nồng độ nước giảm xuống còn $0,01$ phần khối lượng.

2. Chỉ số hồi lưu thích hợp ($R_{th}$) và số đĩa lý thuyết ($N_{lt}$) của tháp là bao nhiêu?
Qua việc khảo sát hệ số dư $\beta$ từ $1,2$ đến $2,5$, đồ án xác định tại $\beta = 1,7$, chỉ số hồi lưu làm việc đạt giá trị tối ưu là $R_{th} = 4,052$, tương ứng với số đĩa lý thuyết $N_{lt} = 31 \text{ đĩa}$ (với giá trị hàm mục tiêu $N_{th}(R_x + 1) = 156,612$ là bé nhất).

3. Đường kính và chiều cao thực tế của thân tháp được xác định là bao nhiêu?
Đường kính đoạn luyện và đoạn chưng đều được quy chuẩn là $D = 2,4 \text{ m}$. Tổng số đĩa thực tế xác định qua đường cong động học là $43 \text{ đĩa}$ (đoạn luyện 29 đĩa, đoạn chưng 12 đĩa). Khoảng cách giữa các đĩa là $0,4 \text{ m}$, chiều dày đĩa $0,005 \text{ m}$, mang lại tổng chiều cao thân tháp là $H = 17,6 \text{ m}$ (đoạn luyện cao $12,3 \text{ m}$, đoạn chưng cao $5,3 \text{ m}$).

4. Thiết bị gia nhiệt nạp liệu sử dụng loại thiết bị và nguồn nhiệt gì?
Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu (3) sử dụng loại thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm, sử dụng hơi nước bão hòa đi ngoài ống để gia nhiệt dòng lỏng đi trong ống lên đến nhiệt độ sôi trước khi nạp vào đĩa tiếp liệu của tháp.

5. Axit Axetic có tính chất ăn mòn kim loại như thế nào theo nội dung thuyết minh?
Axit axetic ăn mòn sắt; nhôm bị ăn mòn bởi axit axetic loãng nhưng đề kháng tốt với axit axetic đặc nguyên chất; đồng và chì bị ăn mòn khi có mặt không khí; trong khi đó thiếc và một số loại thép hợp kim Niken – Crom có khả năng chống chịu ăn mòn tốt với axit axetic.

Kết luận

Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị của sinh viên Đinh Thị Hà đã hoàn thành đầy đủ nhiệm vụ thiết kế tháp chưng luyện liên tục đĩa lỗ không có ống chảy truyền nhằm phân tách hệ Nước – Axit Axetic với năng suất nạp liệu $13,5 \text{ tấn/giờ}$. Toàn bộ các thông số công nghệ quan trọng như đường kính tháp $2,4 \text{ m}$, chiều cao $17,6 \text{ m}$, số đĩa thực tế $43 \text{ đĩa}$ và chỉ số hồi lưu $4,052$ đều được tính toán nhất quán dựa trên cơ sở động học chuyển khối và cân bằng nhiệt động lỏng - hơi. Công trình là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo rõ ràng cho sinh viên và kỹ sư trong việc thiết kế, vận hành và tối ưu hóa hệ thống chưng cất công nghiệp.