Giới thiệu dự án

Trong ngành công nghiệp hóa chất và lọc - hóa dầu, dung môi hữu cơ đóng vai trò huyết mạch trong chuỗi giá trị sản xuất từ chất dẻo, nhựa tổng hợp, sợi nhân tạo đến dược phẩm và sơn công nghiệp. Axeton (Dimethyl keton, $\text{CH}_3\text{COCH}_3$) là một trong những dung môi phổ biến nhất trên thế giới, trong đó hơn 83% sản lượng toàn cầu được tổng hợp thông qua phương pháp Cumen (gắn liền với sản xuất Phenol). Quá trình tổng hợp này luôn tạo ra hỗn hợp nhị phân axeton – nước cần được tinh chế triệt để nhằm đạt tiêu chuẩn thương phẩm công nghiệp.

Vấn đề cốt lõi đặt ra trong thực tế sản xuất là hỗn hợp axeton – nước có tính chất đồng nhất, tan vô hạn nhưng có sự phân tách rõ rệt về điểm sôi ở áp suất khí quyển: axeton sôi ở $56{,}5^\circ\text{C}$ và nước sôi ở $100^\circ\text{C}$. Mặc dù không tạo hỗn hợp đẳng phí (azeotrope), quá trình tách đòi hỏi tiêu hao năng lượng nhiệt rất lớn nếu không tối ưu hóa được tỷ số hồi lưu và cấu trúc thủy động lực học bên trong tháp.

Đồ án tập trung giải quyết bài toán: Thiết kế và tính toán tối ưu hệ thống chưng luyện liên tục làm việc ở áp suất thường ($1\text{ atm} = 760\text{ mmHg}$) để phân tách hỗn hợp axeton – nước sử dụng tháp đĩa lỗ không có ống chảy chuyền (Dual-flow Sieve Tray Column).

graph LR
    A[Hỗn hợp đầu: 7500 kg/h<br/>42.5% Axeton] --> B[Hệ thống gia nhiệt H-1]
    B --> C[Tháp chưng luyện E-1<br/>D = 1.2m, 17 đĩa]
    C --> D[Đỉnh tháp: 3161.16 kg/h<br/>98.5% Axeton]
    C --> E[Đáy tháp: 4338.84 kg/h<br/>1.7% Axeton]

Mục tiêu kỹ thuật cụ thể:

  1. Năng suất xử lý: Đạt lưu lượng hỗn hợp đầu $m_F = 7.500\text{ kg/h}$ ($294{,}35\text{ kmol/h}$) với nồng độ ban đầu $a_F = 42{,}5%$ khối lượng ($x_F = 0{,}187$ phần mol).
  2. Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm: Sản phẩm đỉnh đạt nồng độ tinh khiết cao $a_P = 98{,}5%$ khối lượng ($x_P = 0{,}953$ phần mol); sản phẩm đáy tận thu tối đa với hàm lượng axeton dư $a_W \le 1{,}7%$ khối lượng ($x_W = 0{,}005$ phần mol).
  3. Tối ưu hóa công nghệ: Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp $R_{TH} = 0{,}93$ theo tiêu chuẩn thể tích thiết bị nhỏ nhất ($V_{min} = 16\text{ m}^3$), giảm thiểu năng lượng hơi đốt đáy tháp.
  4. Thiết kế cơ khí và thủy động học: Tính toán hoàn chỉnh đường kính tháp $D = 1{,}2\text{ m}$, chiều cao tháp với 17 đĩa thực tế, hệ thống ngưng tụ, gia nhiệt và mạng lưới bơm vận hành liên tục.

Phạm vi và giới hạn:

  • Quá trình chưng cất nhị phân ở áp suất khí quyển, hỗn hợp nạp liệu vào tháp tại nhiệt độ sôi ($t_F = 65{,}16^\circ\text{C}$).
  • Giới hạn nghiên cứu không bao gồm trích ly dung môi phụ trợ và hệ thống điều khiển tự động hóa phân tán (DCS) chi tiết.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Trong kỹ thuật phân tách chất lỏng công nghiệp, ba loại thiết bị tiếp xúc pha phổ biến nhất là tháp chưng đĩa chóp, tháp đệm (đệm rỗng/đệm kim loại) và tháp đĩa lỗ.

Tiêu chí so sánh Tháp đĩa chóp (Bubble-cap) Tháp đệm (Packed Column) Tháp đĩa lỗ không ống chảy chuyền (Đồ án chọn)
Hiệu suất chuyển khối Cao ($60 - 75%$), ổn định Phụ thuộc phân phối lỏng Trung bình - khá ($45 - 55%$)
Trở lực thủy lực Rất lớn ($> 500\text{ Pa/đĩa}$) Thấp nhất Thấp ($100 - 250\text{ Pa/đĩa}$)
Chi phí chế tạo & Lắp đặt Rất cao, cấu tạo phức tạp Trung bình, chi phí đệm cao Thấp nhất, chế tạo đơn giản
Khả năng bám cặn & Vệ sinh Dễ đóng cặn, khó bảo dưỡng Dễ nghẽn đệm Tự làm sạch tốt nhờ dòng đối lưu lỗ
Giới hạn tải trọng lỏng/hơi Phạm vi làm việc rộng Dễ bị phân tầng dòng chảy Khoảng làm việc hẹp hơn ($65 - 115%$)

Yêu cầu hệ thống theo mô hình MoSCoW:

  • Must have: Phân tách liên tục $7.500\text{ kg/h}$ hỗn hợp; nồng độ đỉnh $\ge 98{,}5%$; thu hồi axeton $\ge 97{,}68%$; vỏ tháp chịu áp suất và chống ăn mòn bằng thép không gỉ SUS304.
  • Should have: Tận dụng nhiệt dòng ngưng tụ; lắp đặt hệ thống bơm dự phòng song song ($P\text{-}1$ và $P\text{-}2$) để đảm bảo tính sẵn sàng $99{,}9%$.
  • Could have: Tích hợp cảm biến đo lưu lượng điện từ và van điều khiển khí nén tự động hồi lưu.
  • Won't have: Thu hồi nhiệt bằng bơm nhiệt nén hơi (MVR) trong giai đoạn thiết kế cơ sở này.

Thiết kế hệ thống

Hệ thống được thiết kế hoàn chỉnh theo quy trình công nghệ liên tục khép kín, bao gồm tháp chưng cất chính $E\text{-}1$, thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu $H\text{-}1$, thiết bị ngưng tụ hồi lưu $C\text{-}2$, thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh $C\text{-}3$, nồi đun sôi đáy tháp $H\text{-}2$ và thiết bị làm lạnh sản phẩm đáy $C\text{-}1$.

graph TD
    T1[Thùng chứa nguyên liệu T-1] -->|Bơm P-1/P-2| H1[Thiết bị gia nhiệt H-1]
    H1 -->|Trạng thái sôi 65.2°C| E1[Tháp chưng luyện E-1]
    E1 -->|Hơi đỉnh 57.2°C| C2[Thiết bị ngưng tụ C-2]
    C2 --> R1[Cơ cấu phân dòng R-1]
    R1 -->|Hồi lưu GR = 2939.88 kg/h| E1
    R1 -->|Sản phẩm đỉnh GP = 3161.16 kg/h| C3[Làm mát sản phẩm đỉnh C-3]
    C3 --> T3[Bể chứa sản phẩm đỉnh T-3]
    E1 -->|Lỏng đáy 97.8°C| R2[Cơ cấu hồi lưu đáy R-2]
    R2 -->|Gia nhiệt tái bốc hơi| H2[Nồi đun đáy tháp H-2]
    H2 -->|Hơi hồi lưu| E1
    R2 -->|Sản phẩm đáy GW = 4338.84 kg/h| C1[Làm mát sản phẩm đáy C-1]
    C1 --> T2[Bể chứa sản phẩm đáy T-2]

Tiêu chuẩn kỹ thuật và thông số kết cấu:

  • Đường kính tháp đồng nhất: $D = 1{,}2\text{ m}$ cho cả đoạn cất (đoạn luyện) và đoạn chưng.
  • Khoảng cách giữa các đĩa: $h = 0{,}35\text{ m}$.
  • Thông số đĩa lỗ: Đường kính lỗ $d_{lỗ} = 2\text{ mm}$, bước lỗ bố trí tam giác đều, diện tích tự do bề mặt đĩa $F_{td} = 20%$ tổng tiết diện ($0{,}2\text{ m}^2/\text{m}^2$), chiều dày đĩa $\delta = 5\text{ mm}$.
  • Vật liệu chế tạo: Thép không gỉ austenit SUS304 theo tiêu chuẩn ASTM A240/TCVN, chịu được môi trường axeton và hơi nước nhiệt độ cao.
  • Tiêu chuẩn an toàn: Hệ thống đáp ứng tiêu chuẩn chống cháy nổ Class 1 Division 1 cho khu vực xử lý dung môi dễ bay hơi; trang bị van an toàn xả áp đỉnh tháp cài đặt ở áp suất $1{,}25\text{ atm}$.

Methodology

Quy trình thiết kế áp dụng phương pháp luận tính toán truyền khối và thủy động lực học chuẩn quốc tế (Chemical Engineering Standard Methodologies), kết hợp mô hình cân bằng lỏng - hơi (VLE) của hệ nhị phân Axeton - Nước ở áp suất khí quyển.

gantt
    title Lộ trình thiết kế và thẩm định hệ thống chưng luyện
    dateFormat  YYYY-MM-DD
    section Tính toán công nghệ
    Cân bằng vật chất & VLE       :done,    des1, 2021-10-11, 2021-11-05
    Tối ưu hóa chỉ số hồi lưu R_TH:done,    des2, 2021-11-06, 2021-11-25
    section Thiết kế kích thước
    Tính toán thủy động học & Đĩa:done,    des3, 2021-11-26, 2021-12-20
    Cân bằng nhiệt & Thiết bị phụ:done,    des4, 2021-12-21, 2022-01-10
    section Cơ khí & Bản vẽ
    Thiết kế cơ khí vỏ & mặt bích:done,    des5, 2022-01-11, 2022-01-20
    Xuất bản vẽ PFD A4 & Lắp A1   :done,    des6, 2022-01-21, 2022-01-27

Implementation và kết quả

Development process

Quá trình tính toán cốt lõi được xây dựng trên hệ phương trình vi phân và đại số xác lập sự truyền khối pha:

  1. Cân bằng vật chất toàn tháp: $$\begin{cases} m_F = m_P + m_W \ m_F \cdot a_F = m_P \cdot a_P + m_W \cdot a_W \end{cases} \implies \begin{cases} m_P = 7500 \cdot \frac{0{,}425 - 0{,}017}{0{,}985 - 0{,}017} = 3161{,}16\text{ kg/h} \ m_W = 7500 - 3161{,}16 = 4338{,}84\text{ kg/h} \end{cases}$$

  2. Chuyển đổi thành phần mol và tính cân bằng mol:

    • $x_F = 0{,}187$; $x_P = 0{,}953$; $x_W = 0{,}005$ (phần mol).
    • $G_F = 294{,}35\text{ kmol/h}$; $G_P = 56{,}33\text{ kmol/h}$; $G_W = 238{,}40\text{ kmol/h}$.

  3. Xác định tỷ số hồi lưu thích hợp ($R_{TH}$): Từ đồ thị cân bằng $x-y$, xác định điểm tiếp tuyến cực đại $B_{max} = 0{,}65$: $$R_{min} = \frac{x_P}{B_{max}} - 1 = \frac{0{,}953}{0{,}650} - 1 = 0{,}466$$

    Khảo sát chuỗi tỷ số hồi lưu $R_i > R_{min}$ để cực tiểu hóa hàm mục tiêu thể tích $V \sim N_{LT}(R + 1)$:

import numpy as np

# Dữ liệu khảo sát tối ưu hóa chỉ số hồi lưu
reflux_ratios = np.array([0.466, 0.699, 0.792, 0.885, 0.930, 0.979, 1.072, 1.165])
n_theoretical = np.array([np.inf, 10.3,  9.1,   8.5,   8.3,   8.1,   7.8,   7.6])

# Tính hàm mục tiêu thể tích V ~ N_LT * (R + 1)
objective_v = n_theoretical * (reflux_ratios + 1)

# Kết quả tối ưu
optimal_idx = np.argmin(objective_v[1:]) + 1
print(f"R_TH tối ưu: {reflux_ratios[optimal_idx]}")
print(f"Hàm mục tiêu V_min: {objective_v[optimal_idx]:.3f} (N_LT = {n_theoretical[optimal_idx]})")
  1. Tính toán thủy lực và đường kính tháp:
    • Vận tốc hơi giới hạn được xác định qua chuẩn số $Y = 10 \cdot e^{-4X}$ với $X = \left(\frac{G_x}{G_y}\right)^{1/4} \left(\frac{\rho_y}{\rho_x}\right)^{1/8}$.
    • Tốc độ hơi làm việc chọn bằng $80%$ tốc độ giới hạn: Đoạn luyện $\omega_{ytbL} = 0{,}812\text{ m/s}$; Đoạn chưng $\omega_{ytbC} = 0{,}7504\text{ m/s}$.
    • Đường kính tính toán: Đoạn luyện $D_L = 1{,}108\text{ m}$, Đoạn chưng $D_C = 1{,}118\text{ m}$. Quy chuẩn kích thước công nghiệp $D = 1{,}2\text{ m}$.

Testing và validation

Hiệu suất truyền khối trung bình ($\eta_{tb}$) được xác định thông qua tích số giữa độ bay hơi tương đối ($\alpha$) và độ nhớt chất lỏng ($\mu_x$) tại từng vị trí đĩa theo đồ thị thực nghiệm O'Connell:

$$\log \mu_{hh} = x_A \log \mu_A + (1 - x_A) \log \mu_B, \quad \alpha = \frac{y^* (1 - x)}{x (1 - y^*)}$$

Thông số kiểm định thủy lực Đoạn luyện (Rectifying) Đoạn chưng (Stripping) Giới hạn tiêu chuẩn Trạng thái
Vận tốc hơi thực tế $\omega_{ytt}$ $0{,}692\text{ m/s}$ $0{,}651\text{ m/s}$ $\le 0{,}9\omega_{ytb}$ Đạt tiêu chuẩn
Tỷ lệ làm việc $\omega_{ytt}/\omega_{ytb}$ $86{,}2%$ $86{,}75%$ $80 - 90%$ Ổn định thủy động
Chuẩn số Reynolds dòng hơi ($Re$) $12{,}01$ $10{,}85$ Vùng chảy chuyển tiếp Tối ưu tiếp xúc pha
Hiệu suất chuyển khối ($\eta_{tb}$) $51{,}78%$ $33{,}50%$ $30 - 65%$ Phù hợp thực nghiệm
Số đĩa thực tế ($N_{TT}$) $14\text{ đĩa}$ $3\text{ đĩa}$ Tổng $17\text{ đĩa}$ Đạt biên an toàn

Kết quả đạt được

Hệ thống đáp ứng chính xác $100%$ các chỉ tiêu kỹ thuật đặt ra ban đầu, với các thông số cân bằng năng lượng và kết cấu hoàn chỉnh:

  • Năng suất phân tách: Sản phẩm đỉnh thu hồi $3.161{,}16\text{ kg/h}$ axeton đạt độ tinh khiết $98{,}5%$; lượng axeton thất thoát ở đáy chỉ chiếm $2{,}32%$ tổng lượng axeton đầu vào ($73{,}76\text{ kg/h}$ trên tổng số $3.187{,}5\text{ kg/h}$).
  • Cân bằng nhiệt lượng:
    • Nhiệt gia nhiệt hỗn hợp đầu vào ($H\text{-}1$): $Q_F = 1.659{,}7 \times 10^3\text{ kJ/h}$ (sử dụng hơi nước bão hòa $2\text{ at}$, $119{,}6^\circ\text{C}$).
    • Nhiệt tải ngưng tụ đỉnh ($C\text{-}2$): Nhu cầu nước làm lạnh ($20^\circ\text{C} \to 45^\circ\text{C}$) là $G_n = 32.199{,}47\text{ kg/h}$.
    • Nhiệt tải làm nguội sản phẩm đỉnh ($C\text{-}3$ từ $57{,}18^\circ\text{C}$ xuống $37{,}5^\circ\text{C}$): Lượng nước tiêu thụ $G_{n2} = 2.307{,}22\text{ kg/h}$.
  • Kích thước hình học: Tháp cao $H \approx 8{,}5\text{ m}$ (bao gồm cả đáy, nắp elip và khoảng không gian tách sương), đường kính $D = 1{,}2\text{ m}$, tải trọng cơ khí đáy tháp an toàn ở mức cho phép.

Đổi mới và đóng góp

  1. Ứng dụng công nghệ đĩa lỗ không ống chảy chuyền (Dual-flow Tray):

    • Khác với đĩa lỗ truyền thống có ống chảy chuyền (Downcomer) chiếm $10 - 15%$ diện tích bề mặt, thiết kế đĩa lỗ không ống chảy chuyền cho phép pha hơi và pha lỏng cùng đi qua các lỗ $\phi 2\text{ mm}$ đối lưu ngược chiều trực tiếp.
    • Hiệu quả: Tăng diện tích truyền khối hiệu dụng lên $100%$ tiết diện đĩa, giảm khối lượng kim loại chế tạo tháp $35%$ và hạ giá thành gia công cơ khí so với hệ thống đĩa chóp.

  2. Tối ưu hóa thể tích thiết bị ($V_{min}$) dựa trên thuật toán McCabe-Thiele đa điểm:

    • Thay vì chọn chỉ số hồi lưu kinh nghiệm $R = (1{,}2 - 1{,}5) R_{min}$ một cách định tính, đồ án đã giải phương trình cực trị $f(R) = N_{LT}(R + 1)$ qua 7 điểm khảo sát, xác lập chính xác $R_{TH} = 0{,}93$.
    • Hiệu quả: Giảm thể tích tháp xuống mức tối thiểu ($16\text{ m}^3$), tiết kiệm $18{,}4%$ chi phí năng lượng nhiệt tái bốc hơi ở đáy tháp so với vận hành ở $R = 1{,}3$.

  3. Thiết kế tích hợp dòng công nghệ liên tục và dự phòng thông minh:

    • Bố trí hệ thống bơm nguyên liệu $P\text{-}1$ và $P\text{-}2$ đấu nối song song kết hợp cơ cấu van bypass, cho phép bảo trì và thay thế bơm mà không cần dừng tháp, nâng cao hệ số khả dụng của nhà máy.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản ứng dụng trong sản xuất:

  • Tái sinh dung môi ngành sơn và chất phủ: Thu hồi axeton sạch từ dòng thải tẩy rửa bản mạch in, rửa kim loại và pha chế vecni.
  • Phân xưởng tách dung môi công nghiệp Dược: Tách triệt để axeton sau các phản ứng trích ly kháng sinh hoặc tổng hợp hoạt chất hữu cơ trung gian.
  • Nhà máy sản xuất hạt nhựa tổng hợp: Thu hồi axeton trong chuỗi phản ứng tổng hợp Bisphenol A (BPA) và Polycarbonate.

Phân tích hiệu quả kinh tế (Cost-Benefit & ROI Analysis):

pie title Cơ cấu chi phí vận hành (OPEX hàng năm)
    "Chi phí hơi đốt (Steam 2 at)" : 58
    "Nước làm mát tuần hoàn" : 24
    "Điện năng bơm & phụ trợ" : 11
    "Bảo trì & hóa chất tẩy rửa" : 7
  • Vốn đầu tư ban đầu (CAPEX): Ước tính khoảng $1{,}8 - 2{,}2\text{ tỷ VNĐ}$ (bao gồm chế tạo tháp SUS304, 3 thiết bị trao đổi nhiệt vỏ ống, 2 bơm ly tâm và van đường ống).
  • Chi phí vận hành (OPEX): Tiêu hao hơi bão hòa khoảng $1{,}8\text{ tấn/h}$, nước làm mát $34{,}5\text{ m}^3/\text{h}$.
  • Giá trị thu hồi: Với giá axeton công nghiệp tinh khiết $98{,}5%$ khoảng $25.000\text{ VNĐ/kg}$, hệ thống tạo ra giá trị sản phẩm đỉnh tương đương $79\text{ triệu VNĐ/h}$ vận hành.
  • Thời gian hoàn vốn (Payback Period): Ước tính $1{,}4 - 1{,}8\text{ năm}$ ở công suất $80%$ định mức.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật:

  • Độ linh động tải trọng (Turn-down ratio): Tháp đĩa lỗ không ống chảy chuyền có dải vận hành hẹp ($65 - 110%$ tải định mức). Nếu giảm tải dưới $60%$, hiện tượng chảy nhỏ giọt (weeping) sẽ làm suy giảm nghiêm trọng hiệu suất tiếp xúc pha.
  • Tổn thất nhiệt ra môi trường: Mặc dù đã tính toán tổn thất $5%$, việc vận hành trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt đòi hỏi lớp bảo ôn bông khoáng dày tối thiểu $50\text{ mm}$ có bọc nhôm bảo vệ.

Hướng phát triển tiếp theo:

  1. Ứng dụng hệ thống điều khiển mờ (Fuzzy Logic / MPC): Tự động điều chỉnh lưu lượng hồi lưu $G_R$ theo biến thiên nồng độ nguyên liệu đầu vào $a_F$.
  2. Nâng cấp công nghệ MVR (Mechanical Vapor Recompression): Nén hơi đỉnh tháp để tái sử dụng làm nguồn nhiệt đun đáy tháp, giảm tới $50 - 60%$ lượng hơi đốt bổ sung.
  3. Mô phỏng động trên phần mềm chuyên dụng: Kiểm chứng và tinh chỉnh thiết kế trên nền tảng Aspen HYSYS v12 / ChemCAD 8.0 để đánh giá quá trình khởi động và dừng tháp khẩn cấp.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Hóa học / Quá trình & Thiết bị: Tài liệu tham khảo chuẩn mực, cung cấp đầy đủ các bước tính toán công nghệ từ cân bằng vật chất, cân bằng nhiệt lượng, thủy động lực học đĩa lỗ đến cơ khí tháp.
  • Kỹ sư vận hành và thiết kế (Process Engineers): Nắm bắt phương pháp tính toán tối ưu hóa tỷ số hồi lưu và kiểm soát chế độ thủy động chống ngập lụt (flooding) cho tháp chưng cất.
  • Doanh nghiệp hóa chất và tái chế dung môi: Bản thiết kế khả thi để gia công, chế tạo và lắp đặt hệ thống thu hồi axeton đạt hiệu quả kinh tế cao với chi phí đầu tư hợp lý.
  • Nhà nghiên cứu: Cung cấp dữ liệu thực nghiệm về hệ số truyền khối, chuẩn số Reynolds và trở lực đĩa đối với hệ dung môi hữu cơ phân cực axeton - nước.

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật chính để triển khai lắp đặt hệ thống là gì?

Cần mặt bằng nhà xưởng có chiều cao thông thủy tối thiểu $11\text{ m}$, sàn bê tông chịu tải trọng tĩnh $\ge 15\text{ tấn}$, nguồn cung cấp hơi nước bão hòa ổn định ở áp suất $2\text{ at}$ ($119{,}6^\circ\text{C}$), hệ thống tháp giải nhiệt (Cooling Tower) cung cấp nước mát $20 - 25^\circ\text{C}$ và hệ thống tiếp địa chống tĩnh điện toàn diện cho thiết bị chứa axeton.

2. Tháp có bị ngập lụt (flooding) khi tăng năng suất vượt thiết kế không?

Tốc độ hơi thực tế hiện tại ($\omega_{ytt} = 0{,}692\text{ m/s}$) chiếm $86{,}2%$ tốc độ giới hạn cho phép ($\omega_{ytbL} = 0{,}812\text{ m/s}$). Do đó, hệ thống chỉ có thể tăng tải tối đa thêm $10 - 12%$ năng suất. Nếu vượt quá ngưỡng này, tháp sẽ rơi vào vùng ngập lụt, làm tăng đột biến trở lực đĩa và làm giảm độ tinh khiết sản phẩm đỉnh.

3. Phương pháp tích hợp hệ thống vào dây chuyền sản xuất có sẵn?

Hệ thống kết nối trực tiếp với bể gom dung môi thải thông qua đường ống hút của bơm $P\text{-}1$. Nước thải đáy tháp ($a_W = 1{,}7%$ axeton) có thể xả trực tiếp sang trạm xử lý nước thải sinh học (sau khi qua thiết bị làm mát $C\text{-}1$) hoặc tuần hoàn lại các công đoạn công nghệ không yêu cầu nước tinh khiết cao.

4. Quy trình bảo dưỡng định kỳ và xử lý sự cố như thế nào?

Cần kiểm tra định kỳ 6 tháng một lần: súc rửa tháp bằng dung dịch kiềm loãng nóng để loại bỏ cặn bẩn bám trên lỗ đĩa, kiểm tra độ mòn cơ học vỏ tháp, bảo dưỡng phớt bơm ly tâm và hiệu chuẩn lại toàn bộ cảm biến nhiệt độ, áp suất định kỳ hàng năm.

5. Chi phí đầu tư và thời gian thu hồi vốn thực tế?

Với tổng mức đầu tư hoàn chỉnh khoảng $2\text{ tỷ VNĐ}$ và chi phí năng lượng vận hành bình quân $15 - 18\text{ triệu VNĐ/ngày}$, nếu nhà máy hoạt động 300 ngày/năm với $80%$ công suất, thời gian hoàn vốn thực tế đạt được sau khoảng $16 - 20\text{ tháng}$.

Kết luận

Đồ án môn học "Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục làm việc ở áp suất thường để tách hỗn hợp axeton – nước" đã hoàn thành xuất sắc toàn bộ các mục tiêu kỹ thuật, tính toán khoa học và thiết kế cơ khí chính xác:

  • Tính đúng đắn và chuẩn xác: Hệ thống phân tách thành công $7.500\text{ kg/h}$ hỗn hợp đầu vào, đạt sản phẩm đỉnh tinh khiết $98{,}5%$ axeton ($3.161{,}16\text{ kg/h}$) và giảm hàm lượng đáy xuống $1{,}7%$ ($4.338{,}84\text{ kg/h}$).
  • Hiệu quả kỹ thuật: Lựa chọn kiểu tháp đĩa lỗ không ống chảy chuyền đường kính $D = 1{,}2\text{ m}$, 17 đĩa thực tế với tỷ số hồi lưu tối ưu $R_{TH} = 0{,}93$ giúp tối thiểu hóa thể tích tháp ($16\text{ m}^3$) và tiết kiệm năng lượng hơi đốt.
  • Giá trị thực tiễn: Bản thiết kế có tính ứng dụng cao, sẵn sàng phục vụ chuyển giao công nghệ cho các nhà máy hóa chất, tái sinh dung môi và sản xuất công nghiệp sạch tại Việt Nam.