Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành sản xuất và chế biến rượu tại Việt Nam có lịch sử phát triển lâu đời nhưng phần lớn vẫn tồn tại dưới hình thức kinh tế hộ gia đình, mang tính chất nhỏ lẻ phục vụ nhu cầu tiêu thụ nội bộ địa phương hoặc xóa đói giảm nghèo. Trong khi đó, tại nhiều quốc gia trên thế giới, công nghiệp sản xuất đồ uống có cồn và cồn công nghiệp được xem là ngành kinh tế mũi nhọn, sở hữu dây chuyền thiết bị có mức độ tự động hóa cao, đạt năng suất lớn và hướng đến xuất khẩu. Sự thiếu hụt các hệ thống máy móc, thiết bị chưng cất hiện đại, đồng bộ trong nước tạo ra rào cản lớn về năng suất và chất lượng sản phẩm. Do đó, việc nghiên cứu tính toán và thiết kế hệ thống tháp chưng cất ethanol hoạt động liên tục là yêu cầu kỹ thuật cấp thiết nhằm đáp ứng nhu cầu hiện đại hóa và nâng cao năng lực sản xuất thực phẩm.

Nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được xác lập cụ thể qua các nội dung chính:

  1. Tổng quan lý thuyết về phương pháp chưng cất và các hệ thống thiết bị chưng cất hiện hành.
  2. Thiết lập cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng cho hệ thống chưng cất ethanol - nước.
  3. Tính toán thiết kế công nghệ và cơ khí cho thân tháp chưng cất chính.
  4. Tính toán thiết kế các thiết bị truyền nhiệt (thiết bị đun sôi nhập liệu, thiết bị ngưng tụ, thiết bị làm nguội, nồi đun đáy tháp).
  5. Tính toán thiết bị phụ trợ (bơm nhập liệu, bồn cao vị, hệ thống đường ống và bích ghép).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Quá trình phân tách hệ hỗn hợp hai cấu tử Ethanol ($C_2H_5OH$) và Nước ($H_2O$) bằng phương pháp chưng luyện liên tục.
  • Phạm vi thông số kỹ thuật:
    • Năng suất nhập liệu: $1000 \text{ kg/h}$ hỗn hợp đầu.
    • Nồng độ nguyên liệu nhập liệu: $20%$ phần mol ethanol ($38,98%$ theo khối lượng), nhiệt độ nhập liệu ban đầu $28^\circ\text{C}$.
    • Nồng độ sản phẩm đỉnh yêu cầu: $85%$ phần mol ethanol ($93,5%$ theo khối lượng), nhiệt độ làm nguội $35^\circ\text{C}$.
    • Tỉ lệ thu hồi ethanol: $99%$.
    • Áp suất vận hành: Áp suất khí quyển ($760 \text{ mmHg}$).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án dựa trên nền tảng lý thuyết truyền khối, nhiệt động lực học dung dịch và kỹ thuật quá trình thiết bị trong công nghệ hóa học - thực phẩm:

  • Khung lý thuyết và mô hình tính toán:

    • Quy luật cân bằng pha lỏng - hơi của hệ hai cấu tử hoàn toàn hòa tan vào nhau (Ethanol - Nước) ở áp suất $760 \text{ mmHg}$, đồ thị cân bằng trạng thái $x-y$ và $T-x-y$.
    • Phương trình cân bằng vật liệu tổng quát ($F = D + W$) và cân bằng cấu tử dễ bay hơi ($F \cdot x_F = D \cdot x_D + W \cdot x_W$).
    • Phương pháp giải tích kết hợp đồ thị McCabe - Thiele để xác định tỷ số hoàn lưu tối thiểu ($R_{min}$), tỷ số hoàn lưu thích hợp ($R_{th}$) dựa trên điều kiện thể tích tháp cực tiểu, và số mâm lý thuyết ($N_{lt}$).
    • Phương pháp tính toán hiệu suất trung bình của mâm ($\eta_{tb}$) theo hàm số của độ bay hơi tương đối ($\alpha$) và độ nhớt chất lỏng ($\mu$) để chuyển đổi từ số mâm lý thuyết sang số mâm thực tế ($N_{tt}$).
    • Phương trình thủy động học mâm lỗ: xác định trở lực mâm khô qua hệ số Orifice ($C_0$), trở lực lớp chất lỏng trên mâm theo phương trình dòng chảy tràn Francis và trở lực do sức căng bề mặt chất lỏng ($\sigma$).
    • Các tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật: Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 7043:2013 về cồn thực phẩm và rượu trắng.

  • Phương pháp nghiên cứu thực hiện:

    • Phương pháp tính toán kỹ thuật và giải tích: Áp dụng các công thức giải tích chuẩn trong sổ tay Quá trình & Thiết bị Công nghệ Hóa chất để thiết lập các bảng thông số nhiệt động, kích thước hình học và độ bền cơ khí.
    • Phương pháp đồ thị: Dựng đường làm việc của đoạn cất, đoạn chưng và xác định số bậc thay đổi nồng độ trên đồ thị cân bằng lỏng - hơi.
    • Phương pháp tính lặp thủy lực và nhiệt: Sử dụng phương pháp lặp để hội tụ hệ số truyền nhiệt, diện tích bề mặt trao đổi nhiệt và kiểm tra điều kiện chống ngập lụt trên đĩa mâm.

  • Nguồn dữ liệu tham khảo:

    • Dữ liệu cân bằng nhiệt động, khối lượng riêng, độ nhớt, ẩn nhiệt hóa hơi tra cứu từ Sổ tay Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa chất (Tập 1 và Tập 2).
    • Các nghiên cứu thực tế về tháp chưng cất công suất $15 \text{ lít/h}$ (Ngô Văn Dực, Đặng Ngọc Đường), hệ thống tháp tách Propane/Propylene tại dự án Lọc hóa dầu Nghi Sơn, và các bằng sáng chế liên quan đến tháp chưng cất tấm ngăn chất lỏng (downcomer).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày lịch sử phát triển của kỹ thuật chưng cất từ thời Cổ đại (chưng cất tinh dầu), mốc năm 1000 (chưng cất axit sulfuric, axit nitric và rượu), đến thế kỷ 17 (khử mặn nước biển, chưng cất nhựa đường). Tác giả tổng hợp tình hình nghiên cứu ứng dụng tháp chưng cất trong nước và quốc tế:

  • Trong nước: Hệ thống tháp chưng cất rượu công suất $15 \text{ lít/h}$ sử dụng đĩa lỗ xuyên tâm không ống chảy chuyền, đáy tháp cấu trúc nồi hai vỏ có cánh khuấy mỏ neo (cho phép tách triệt để aldehyde, methanol, dầu fuzen theo TCVN 7043:2013); tháp tách Propane/Propylene dự án Lọc hóa dầu Nghi Sơn (đường kính $6,3\text{ m}$, chiều cao $95\text{ m}$, khối lượng gần $900\text{ tấn}$ do Lilama 18 lắp đặt); mô hình chưng cất nước ngọt quy mô hộ gia đình của sinh viên Đại học Cần Thơ.
  • Quốc tế: Các sáng chế về cột chưng cất downcomer có tường thấm chất lỏng nhằm tăng khả năng thoát lỏng và ngăn chặn hơi lọt vào ống chảy chuyền; công nghệ chưng cất ethanol khan thông qua hệ thống tháp chỉnh lưu kết hợp khử nước đẳng phí.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết tháp chưng cất

Chương 2 phân tích bản chất vật lý của quá trình phân tách dựa trên độ bay hơi tương đối, phân loại các phương thức chưng cất (đơn giản, có hồi lưu, bằng hơi nước trực tiếp, chưng luyện gián đoạn và liên tục). Tác giả tiến hành so sánh kỹ thuật giữa ba loại tháp công nghiệp phổ biến:

Tiêu chí Tháp đệm Tháp mâm xuyên lỗ Tháp mâm chóp
Cấu tạo Đơn giản, thân rỗng chứa lớp đệm Khá đơn giản, đĩa đục lỗ phẳng Phức tạp, nhiều cụm chóp phân phối
Trở lực Rất thấp Thấp, tổn thất áp suất vừa phải Lớn
Hiệu suất Thấp, dễ xảy ra hiệu ứng thành Khá cao, tiếp xúc pha đồng đều Cao, khoảng làm việc rộng
Độ ổn định Kém, dễ bị sặc, khó làm việc tải cao Vận hành ổn định, giới hạn làm việc hẹp Rất ổn định với dao động lưu lượng lớn
Vật tư chế tạo Nhẹ, dễ gia công Tiết kiệm kim loại, trọng lượng vừa phải Nặng nề, tiêu tốn nhiều kim loại
Khả năng xử lý chất lỏng bẩn Làm việc được nếu dùng đệm cầu nhẹ Không phù hợp với dung dịch bẩn/cặn Làm việc được với cặn bẩn vừa phải

Kết luận lựa chọn thiết bị: Tháp mâm xuyên lỗ có ống chảy chuyền được lựa chọn để thiết kế nhờ cấu tạo đơn giản, hiệu suất truyền khối cao, trở lực thấp và tối ưu chi phí vật tư kim loại.

Chương 3: Nguyên liệu và sản phẩm

Chương 3 chi tiết hóa các tính chất hóa lý của ethanol nguyên chất ($T_s = 78,39^\circ\text{C}$, $T_{\text{đông đặc}} = -114,15^\circ\text{C}$, tỷ trọng $d_4^{20} = 0,78942$, tạo hỗn hợp đẳng phí với nước tại $95,6%$ khối lượng ở $78,15^\circ\text{C}$) và nước ($M = 18\text{ g/mol}$, $T_s = 100^\circ\text{C}$). Bảng số liệu cân bằng lỏng - hơi ($x-y$) tại $760\text{ mmHg}$ được thiết lập chi tiết từ $0%$ đến $100%$ mol.

Quy trình công nghệ vận hành hệ thống được thiết lập gồm 15 thiết bị và cụm chi tiết chính:

  1. Bồn chứa nguyên liệu ban đầu
  2. Bơm nguyên liệu
  3. Bồn cao vị
  4. Thiết bị đun sôi dòng nhập liệu
  5. Bẫy hơi
  6. Lưu lượng kế
  7. Nhiệt kế công nghệ
  8. Tháp chưng cất chính
  9. Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh
  10. Áp kế
  11. Thiết bị đun sôi đáy tháp (nồi đun)
  12. Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy
  13. Bồn chứa sản phẩm đáy
  14. Bộ phận phân chia dòng hoàn lưu
  15. Bồn chứa sản phẩm đỉnh

Chương 4: Cân bằng vật chất và năng lượng

Chương này thực hiện toàn bộ các phép tính nhiệt động học để xác định các dòng vật chất và số mâm:

  • Cân bằng vật chất:
    • Suất lượng nhập liệu: $F = 1000\text{ kg/h} \leftrightarrow 42,37\text{ kmol/h}$ với khối lượng mol trung bình dòng vào $M_F = 23,6\text{ kg/kmol}$.
    • Giải hệ phương trình cân bằng với độ thu hồi ethanol $99%$: thu được suất lượng sản phẩm đỉnh $D = 9,87\text{ kmol/h}$ ($M_D = 41,8\text{ kg/kmol}$), suất lượng sản phẩm đáy $W = 32,5\text{ kmol/h}$ ($M_W = 18,03\text{ kg/kmol}$). Nồng độ ethanol trong sản phẩm đáy đạt mức rất thấp $x_W = 0,0011$ ($0,11%$ mol).
  • Tỷ số hoàn lưu: Xác định tỷ số hoàn lưu tối thiểu qua điểm uốn đồ thị cân bằng: $y_0 = 0,26 \rightarrow R_{min} = \frac{x_D - y_0}{y_0} = \frac{0,85 - 0,26}{0,26} = 2,269$. Từ quan hệ cực tiểu thể tích tháp, xác định tỷ số hoàn lưu làm việc thích hợp $R_{th}$.
  • Số mâm lý thuyết: Thiết lập phương trình đường làm việc đoạn cất và đoạn chưng (chỉ số nhập liệu $f = 4,293$). Vẽ đồ thị bậc thu được số mâm lý thuyết $N_{lt} = 23$ mâm (gồm 18 mâm đoạn cất, 1 mâm nhập liệu, 3 mâm đoạn chưng, 1 mâm nồi đun).
  • Số mâm thực tế:
    • Hiệu suất mâm tại các vị trí: đĩa nhập liệu $\eta_F = 0,40$, đĩa đáy $\eta_W = 0,45$, đĩa đỉnh $\eta_D = 0,58$.
    • Hiệu suất trung bình của tháp: $\eta_{tb} = \frac{0,40 + 0,45 + 0,58}{3} = 0,4767$.
    • Số mâm thực tế: $N_{tt} = \frac{N_{lt}}{\eta_{tb}} = \frac{23}{0,4767} \approx 48,3$ mâm $\rightarrow$ Chọn $49$ mâm thực tế (gồm 39 mâm đoạn cất, 1 mâm nhập liệu, 8 mâm đoạn chưng và 1 mâm nồi đun).

Chương 5: Tính toán - thiết kế tháp chưng cất

Chương 5 đi sâu vào tính toán thủy động lực học và kết cấu cơ khí chi tiết của tháp:

  • Đường kính tháp ($D_t$):
    • Tính toán lưu lượng hơi trung bình qua đoạn cất ($g_{tb} = 1443\text{ kg/h}$) và đoạn chưng ($g'_{tb} = 1186,29\text{ kg/h}$).
    • Tốc độ hơi giới hạn và tốc độ làm việc thích hợp (chống tạo bọt, hệ số $0,8$): $w_{tb} = 0,65\text{ m/s}$.
    • Đường kính tính toán cho đoạn cất và đoạn chưng xấp xỉ bằng nhau, quy chuẩn chọn thống nhất đường kính thân tháp $D_t = 0,65\text{ m}$ ($650\text{ mm}$).
  • Cấu tạo đĩa mâm lỗ:
    • Đường kính lỗ đột: $d_l = 6\text{ mm}$.
    • Chiều dày tấm mâm: $t_t = 3\text{ mm}$ (thỏa mãn tỷ lệ $0,4 < t/d_l < 0,7$).
    • Bố trí lỗ: Tổng diện tích mở lỗ chiếm $10%$ diện tích mâm ($S_l/S_m = 0,1$), bước lỗ $t = (2,5 - 4)d_l$.
    • Diện tích ống chảy chuyền: Chiếm $20%$ diện tích đĩa.
    • Tổng số lỗ trên một đĩa mâm: $N = 1173\text{ lỗ}$.
  • Tính toán trở lực đĩa mâm:
    • Trở lực mâm khô xác định với hệ số Orifice $C_0 = 0,745$: đoạn cất đạt $h_k = 6,14\text{ mm}$ cột chất lỏng, đoạn chưng đạt $h'_k = 3,66\text{ mm}$ cột chất lỏng.
    • Chiều cao gờ chảy tràn: $h_W = 50\text{ mm}$; góc ở tâm chắn gờ chảy tràn $n_0 = 93^\circ 12' 22''$.
    • Trở lực do lớp chất lỏng trên mâm ($h_l$) và trở lực do sức căng bề mặt ($h_R$).
  • Tính toán cơ khí thân tháp: Tính chọn chiều dày thân trụ chịu áp suất, kết cấu đáy nắp elip tiêu chuẩn, bích ghép thân tháp, bích ghép các đầu ống dẫn nhập liệu, ống dẫn hơi đỉnh, ống hoàn lưu, ống đáy tháp, chi tiết tai treo và chân đỡ chịu tải trọng toàn tháp.

Chương 6: Tính toán thiết bị truyền nhiệt - thiết bị phụ

Chương này thực hiện tính toán chi tiết cụm thiết bị trao đổi nhiệt phụ trợ đi kèm tháp:

  • Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp nhập liệu: Tính toán nhiệt lượng trao đổi, chênh lệch nhiệt độ trung bình, hệ số truyền nhiệt qua các bước tính lặp (Bảng 6.1).
  • Thiết bị ngưng tụ sản phẩm hơi đỉnh tháp: Thiết kế thiết bị ngưng tụ dạng ống chùm nằm ngang/thẳng đứng, tính toán diện tích truyền nhiệt cần thiết dựa trên ẩn nhiệt ngưng tụ của hỗn hợp ethanol - nước (Bảng 6.2).
  • Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh và đáy về nhiệt độ quy định $35^\circ\text{C}$.
  • Bồn cao vị và bơm: Xác định trở lực đường ống, vận tốc dòng chảy, hệ số ma sát và tổng tổn thất áp suất cục bộ để chọn công suất bơm cấp liệu.

Chương 7: Kết luận và hướng phát triển

Tóm lược các kết quả tính toán đã hoàn thành về mặt kích thước hình học, công nghệ và khả năng ứng dụng thực tế. Đề xuất các nội dung cần tiếp tục hoàn thiện về tự động hóa và chế tạo thử nghiệm.

Thiết kế và thông số kỹ thuật của hệ thống

Hệ thống tháp chưng cất ethanol được thiết kế hoàn chỉnh với các thông số kích thước hình học và công nghệ chính xác như sau:

Hạng mục thông số Giá trị thiết kế Đơn vị tính
Loại tháp Tháp mâm xuyên lỗ có ống chảy chuyền —
Đường kính trong của tháp ($D_t$) $0,65$ ($650$) $\text{m}$ ($\text{mm}$)
Tổng số mâm thực tế ($N_{tt}$) $49$ mâm
Số mâm đoạn cất $39$ mâm
Số mâm đoạn chưng $8$ mâm
Số mâm nhập liệu $1$ mâm
Số mâm đáy (nồi đun) $1$ mâm
Hiệu suất trung bình của mâm ($\eta_{tb}$) $0,4767$ ($47,67%$) —
Đường kính lỗ mâm ($d_l$) $6$ $\text{mm}$
Bề dày mâm đĩa ($t_t$) $3$ $\text{mm}$
Số lỗ trên một mâm ($N$) $1173$ lỗ
Tỷ lệ diện tích lỗ / diện tích mâm $10$ $%$
Tỷ lệ diện tích ống chảy chuyền / mâm $20$ $%$
Chiều cao gờ chảy tràn ($h_W$) $50$ $\text{mm}$
Góc chắn cung gờ chảy tràn ($n_0$) $93^\circ 12' 22''$ độ-phút-giây
Vận tốc hơi trung bình làm việc ($w_{tb}$) $0,65$ $\text{m/s}$
Độ giảm áp mâm khô đoạn cất ($h_k$) $6,14$ $\text{mm}$ chất lỏng
Độ giảm áp mâm khô đoạn chưng ($h'_k$) $3,66$ $\text{mm}$ chất lỏng

Kết quả và đóng góp

  • Kết quả tính toán công nghệ:
    • Hoàn thành đầy đủ bảng cân bằng vật chất và năng lượng cho hệ thống năng suất $1000\text{ kg/h}$ hỗn hợp ethanol - nước $20%$ mol, đạt sản phẩm đỉnh $85%$ mol ethanol ($93,5%$ khối lượng) và sản phẩm đáy đạt nồng độ cồn thải dưới $0,11%$ mol, đảm bảo hiệu suất thu hồi cồn đạt $99%$.
    • Xác định chính xác tỷ số hoàn lưu tối thiểu $R_{min} = 2,269$, tối ưu hóa số mâm lý thuyết ($23$ mâm) và số mâm thực tế ($49$ mâm) dựa trên hiệu suất truyền khối thực nghiệm của từng vùng nồng độ trong tháp.
    • Tính toán thủy lực toàn diện cho đĩa mâm lỗ, kiểm soát vận tốc hơi qua lỗ ở mức $6,653\text{ m/s}$, ngăn chặn hoàn toàn hiện tượng ngập lụt và sặc tháp.
  • Giải pháp kỹ thuật đề xuất:
    • Đề xuất ứng dụng cấu trúc mâm xuyên lỗ có ống chảy chuyền kết hợp tỷ lệ diện tích mở lỗ $10%$ và chiều dày đĩa $3\text{ mm}$, giúp giảm trở lực chung của tháp mà vẫn đảm bảo sự tiếp xúc đồng đều giữa hai pha lỏng - hơi.
    • Thiết lập sơ đồ nguyên lý 15 thiết bị khép kín, tối ưu hóa việc tận dụng nhiệt dòng thải và bồn cao vị để ổn định lưu lượng nhập liệu.
  • Đóng góp của đề tài:
    • Cung cấp bộ hồ sơ tính toán thiết kế cơ khí và công nghệ hoàn chỉnh cho tháp chưng cất cồn công nghiệp quy mô vừa, có tính khả thi cao để chuyển giao chế tạo cơ khí thực tế tại các xưởng chế tạo máy trong nước.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của đồ án:
    • Đề tài tập trung chủ yếu vào phần tính toán lý thuyết công nghệ hóa chất và thiết kế kết cấu cơ khí tĩnh của tháp, chưa tiến hành chế tạo mô hình thực nghiệm hoàn chỉnh để kiểm chứng thực tế sự phân bố bọt khí trên đĩa mâm.
    • Các tính toán truyền nhiệt và thủy lực dựa trên các hệ số thực nghiệm tiêu chuẩn trong điều kiện làm việc ổn định lý tưởng, chưa bao quát các dao động nồng độ nguyên liệu đầu vào phức tạp trong công nghiệp.
  • Hướng phát triển tiếp theo:
    • Nghiên cứu chế tạo mẫu thử nghiệm và đo đạc thực nghiệm các thông số trở lực thực tế của đĩa mâm lỗ $d_l = 6\text{ mm}$.
    • Ứng dụng hệ thống điều khiển tự động hóa tích hợp (cảm biến nhiệt độ, áp suất, van điều khiển lưu lượng hồi lưu PID/PLC) nhằm ổn định chất lượng nồng độ cồn ở sản phẩm đỉnh khi lưu lượng cấp liệu biến thiên.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo cho sinh viên, giảng viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành:

  • Ngành đào tạo: Công nghệ Chế tạo máy, Kỹ thuật Hóa học, Công nghệ Thực phẩm, Kỹ thuật Nhiệt - Năng lượng.
  • Các nội dung có giá trị tham khảo chuyên sâu:
    • Phương pháp xây dựng cân bằng vật chất và giải bài toán truyền khối hệ hai cấu tử có điểm uốn cân bằng nhiệt động.
    • Quy trình từng bước tính toán thủy động lực học mâm đĩa xuyên lỗ, tính toán trở lực mâm khô qua hệ số Orifice và trở lực lớp chất lỏng tràn gờ theo công thức Francis.
    • Trình tự thiết kế kết cấu cơ khí tháp thiết bị áp lực (thân, đáy elip, bích nối ống, tai treo, chân đỡ).

Câu hỏi thường gặp

1. Năng suất và yêu cầu nồng độ sản phẩm của tháp chưng cất được thiết kế là bao nhiêu?
Tháp được thiết kế với năng suất nhập liệu $1000\text{ kg/h}$ hỗn hợp ethanol - nước có nồng độ $20%$ mol ($38,98%$ khối lượng). Sản phẩm đỉnh thu được có nồng độ cồn đạt $85%$ mol ($93,5%$ khối lượng) với hiệu suất thu hồi ethanol đạt $99%$.

2. Vì sao tác giả lựa chọn tháp mâm xuyên lỗ thay vì tháp đệm hay tháp mâm chóp?
Theo bảng phân tích ưu - nhược điểm ở Chương 2, tháp mâm xuyên lỗ có cấu tạo đơn giản, tiết kiệm kim loại chế tạo, trở lực thấp hơn nhiều so với tháp chóp và hiệu suất truyền khối ổn định hơn, không bị ảnh hưởng xấu bởi hiệu ứng thành như tháp đệm.

3. Tỷ số hoàn lưu tối thiểu và số mâm thực tế của tháp là bao nhiêu?
Tỷ số hoàn lưu tối thiểu xác định từ đồ thị tiếp tuyến điểm uốn là $R_{min} = 2,269$. Sau khi chia số mâm lý thuyết ($N_{lt} = 23$) cho hiệu suất trung bình của tháp ($\eta_{tb} = 0,4767$), số mâm thực tế được chọn là $49$ mâm (gồm 39 mâm cất, 8 mâm chưng, 1 mâm nhập liệu và 1 mâm nồi đun).

4. Đường kính thân tháp và quy cách bố trí lỗ trên mâm được chọn như thế nào?
Đường kính thân tháp được chuẩn hóa là $D_t = 0,65\text{ m}$ ($650\text{ mm}$) cho cả đoạn cất và đoạn chưng. Mỗi mâm đĩa dày $3\text{ mm}$, có $1173$ lỗ tròn đường kính $d_l = 6\text{ mm}$, tổng diện tích lỗ chiếm $10%$ diện tích mâm, và diện tích dành cho ống chảy chuyền chiếm $20%$ diện tích mâm.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu thiết kế tháp chưng cất ethanol" của nhóm tác giả Lý Văn Nam và Hoàng Văn Nam (Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM) đã hoàn thành xuất sắc toàn bộ khối lượng tính toán công nghệ và thiết kế cơ khí cho hệ thống chưng luyện cồn liên tục năng suất $1000\text{ kg/h}$. Hệ thống đạt các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm đỉnh $85%$ mol cồn với tỷ lệ thu hồi $99%$, xác lập kích thước thân tháp đường kính $0,65\text{ m}$ và $49$ mâm xuyên lỗ có ống chảy chuyền. Đồ án cung cấp hệ thống số liệu kỹ thuật hoàn chỉnh, cấu trúc tính toán chặt chẽ, đóng vai trò là tài liệu tham khảo có giá trị cao cho công tác nghiên cứu, học tập và chế tạo thiết bị phân tách trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm.