Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong các ngành công nghiệp hóa chất và công nghệ thực phẩm, quá trình nâng cao độ tinh khiết của nguyên liệu và bán thành phẩm giữ vai trò then chốt đối với chất lượng sản phẩm cuối cùng. Hỗn hợp Acid acetic ($CH_3COOH$) và Nước ($H_2O$) là hệ hai cấu tử chất lỏng hòa tan hoàn toàn vào nhau ở mọi tỷ lệ. Do có sự khác biệt về độ bay hơi và nhiệt độ sôi ở cùng áp suất (nước sôi ở $100^\circ\text{C}$, acid acetic nguyên chất sôi ở $118^\circ\text{C}$), phương pháp chưng cất phân đoạn là giải pháp kỹ thuật tiêu chuẩn để phân tách hai cấu tử này.

Đồ án môn học Kỹ thuật Thực phẩm tại Khoa Công nghệ Thực phẩm – Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM đặt ra nhiệm vụ tính toán, thiết kế một hệ thống chưng cất công nghiệp hoàn chỉnh nhằm giải quyết bài toán công nghệ, kết cấu và thủy lực thực tế.

Nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật cụ thể của đề tài bao gồm:

  1. Thiết kế tháp chưng cất hoạt động liên tục loại tháp mâm chóp để phân tách hỗn hợp hai cấu tử Acid acetic – Nước.
  2. Năng suất nhập liệu hệ thống: $G_F = 1200\text{ kg/h}$.
  3. Nồng độ nhập liệu: $x_F = 25%$ thể tích nước (tương đương phần mol $0,25$; phần khối lượng $0,091$).
  4. Nồng độ dòng sản phẩm đỉnh: $x_D = 94%$ thể tích nước (tương đương phần mol $0,94$; phần khối lượng $0,825$).
  5. Nồng độ dòng sản phẩm đáy: $x_W = 3%$ thể tích nước (tương đương phần mol $0,03$; phần khối lượng $0,009$, còn lại $97%$ là acid acetic).
  6. Xác định các thông số công nghệ, kết cấu hình học của tháp chính và hệ thống thiết bị phụ trợ đi kèm ở điều kiện áp suất làm việc thường ($760\text{ mmHg}$).

Đối tượng nghiên cứu là hệ thống thiết bị chưng cất mâm chóp cùng các thiết bị phụ trợ (thiết bị ngưng tụ hoàn lưu, thiết bị trao đổi nhiệt tận dụng nhiệt đáy, thiết bị đun sôi đáy tháp và gia nhiệt dòng nhập liệu). Phạm vi tính toán công nghệ được giới hạn trong trạng thái làm việc ổn định liên tục, dòng nhập liệu được đưa vào ở trạng thái lỏng sôi tại áp suất khí quyển.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

Khung lý thuyết và mô hình tính toán

Thiết kế hệ thống dựa trên lý thuyết nhiệt động học và truyền khối của quá trình chưng cất hai cấu tử:

  • Đường cân bằng pha lỏng - hơi hệ Acid acetic – Nước ở áp suất làm việc $760\text{ mmHg}$, xác lập quan hệ nhiệt độ sôi và nồng độ cân bằng ($T - x, y$).
  • Phương trình cân bằng vật chất toàn tháp và cân bằng từng cấu tử để xác định suất lượng dòng sản phẩm đỉnh ($D$), dòng sản phẩm đáy ($W$) và lưu lượng dòng hoàn lưu ($L$).
  • Phương pháp McCabe-Thiele xác định số bậc thay đổi nồng độ (số đĩa/mâm lý thuyết $N_{lt}$) thông qua phương trình đường làm việc phần cất và phần chưng.
  • Phương pháp xác định hiệu suất mâm trung bình $\eta_{tb}$ theo hàm số của độ nhớt hỗn hợp lỏng và độ bay hơi tương đối ($\alpha$) tra cứu qua đồ thị O'Connell.
  • Lý thuyết thủy lực mâm chóp để tính toán trở lực mâm khô, trở lực thủy tĩnh lớp chất lỏng, trở lực sức căng bề mặt, chiều cao mực chất lỏng trên gờ chảy tràn và kiểm tra điều kiện chống ngập lụt, chống va đập thành ống.

Phương pháp nghiên cứu và tính toán kỹ thuật

  • Phương pháp tính toán kỹ thuật hóa học: Thiết lập hệ phương trình cân bằng nhiệt lượng và vật chất tại từng nút công nghệ (đỉnh tháp, mâm nhập liệu, đáy tháp, các thiết bị trao đổi nhiệt phụ trợ).
  • Phương pháp đồ thị và nội suy thực nghiệm: Sử dụng giản đồ pha $T - x, y$, các toán đồ tra cứu độ nhớt, ẩn nhiệt hóa hơi, nhiệt dung riêng và hệ số trở lực thủy lực.
  • Nguồn dữ liệu tra cứu: Sổ tay Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa chất (Tập 1 và Tập 2 - NXB Khoa học và Kỹ thuật) cùng Giáo trình Quá trình Truyền khối.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về bản chất quá trình chưng cất, phân biệt cơ chế bay hơi - ngưng tụ của chưng cất với quá trình cô đặc và hấp thụ. Tác giả phân loại các phương pháp chưng cất theo áp suất làm việc (áp suất thấp, áp suất thường, áp suất cao), theo nguyên lý làm việc (chưng cất đơn giản, chưng bằng hơi nước trực tiếp, chưng cất phân đoạn liên tục) và phương pháp cấp nhiệt đáy.

Chương này tiến hành so sánh ưu và nhược điểm giữa ba dạng thiết bị tiếp xúc pha điển hình: tháp mâm xuyên lỗ, tháp mâm chóp và tháp chêm:

Tiêu chí Tháp mâm xuyên lỗ Tháp mâm chóp Tháp chêm (tháp đệm)
Ưu điểm Cấu tạo khá đơn giản, trở lực thấp, hiệu suất tương đối cao. Vận hành rất ổn định, hiệu suất cao, làm việc được với chất lỏng bẩn. Cấu tạo đơn giản, trở lực thấp, làm việc được với chất lỏng bẩn nếu dùng đệm cầu.
Nhược điểm Độ ổn định không cao, khó vận hành, nhạy cảm với dao động lưu lượng. Kết cấu phức tạp, tiêu tốn nhiều vật tư kim loại, thiết bị nặng nề. Hiệu suất truyền khối thấp do hiệu ứng thành, khó tăng năng suất thiết bị.

Từ các phân tích trên, đề tài lựa chọn thiết bị là tháp mâm chóp làm việc liên tục cấp nhiệt gián tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường. Đồng thời, chương 1 tổng hợp các đặc tính hóa lý của nước ($M = 18\text{ g/mol}$) và acid acetic ($M = 60\text{ g/mol}$, $t_{nc} = 16,6^\circ\text{C}$, $t_s = 118^\circ\text{C}$, tính ăn mòn kim loại đối với sắt/nhôm/đồng), các phản ứng điều chế công nghiệp và ứng dụng trong sản xuất dấm ăn, tơ sợi cellulose acetate, chất kết dính PVA và dung môi hữu cơ.

Chương 2: Sơ đồ nguyên lý và thuyết minh quy trình

Quy trình công nghệ được thiết lập theo chu trình vận hành liên tục khép kín:

  • Nguyên liệu ban đầu là hỗn hợp Acid acetic – Nước (chứa $25%$ thể tích nước) ở $27^\circ\text{C}$ từ bình chứa nguyên liệu được bơm vận chuyển lên bồn cao vị.
  • Dòng nhập liệu tự chảy từ bồn cao vị qua thiết bị trao đổi nhiệt tận dụng nhiệt của dòng sản phẩm đáy để nâng nhiệt độ lên $40^\circ\text{C}$, sau đó đi qua thiết bị đun sôi sơ bộ để đạt nhiệt độ lỏng sôi ($108,8^\circ\text{C}$) trước khi nạp vào đĩa nhập liệu của tháp.
  • Trong tháp, pha hơi đi từ dưới lên gặp pha lỏng chảy từ trên xuống qua các mâm chóp, thực hiện trao đổi nhiệt và truyền khối liên tục. Cấu tử dễ bay hơi (nước) tập trung dần lên phía đỉnh tháp, đạt nồng độ $94%$ thể tích nước. Hơi đỉnh đi vào thiết bị ngưng tụ hoàn lưu; một phần chất lỏng ngưng được đưa quay trở lại đỉnh tháp theo tỉ số hoàn lưu tối ưu, phần còn lại qua thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh về $40^\circ\text{C}$ rồi vào bồn chứa.
  • Ở đáy tháp, hỗn hợp lỏng giàu acid acetic ($97%$ acid acetic, $3%$ nước) đạt nhiệt độ $116,6^\circ\text{C}$. Một phần chất lỏng đáy được đun bốc hơi tại nồi đun đáy tháp để cấp nhiệt cho dòng hơi đi lên, phần còn lại đi qua thiết bị làm nguội sản phẩm đáy (trao đổi nhiệt gia nhiệt sơ bộ cho dòng nhập liệu) về $40^\circ\text{C}$ rồi dẫn vào bồn chứa sản phẩm đáy.

Chương 3: Cân bằng vật chất

Dựa trên năng suất nhập liệu $G_F = 1200\text{ kg/h}$ ($F = 24,242\text{ kmol/h}$, khối lượng mol trung bình dòng vào $M_{tbF} = 49,5\text{ kg/kmol}$):

  • Suất lượng dòng sản phẩm đỉnh: $G_D = 120,268\text{ kg/h}$ ($D = 5,861\text{ kmol/h}$, khối lượng mol $M_{tbD} = 20,52\text{ kg/kmol}$).
  • Suất lượng dòng sản phẩm đáy: $G_W = 1079,70\text{ kg/h}$ ($W = 18,381\text{ kmol/h}$, khối lượng mol $M_{tbW} = 58,74\text{ kg/kmol}$).
  • Suất lượng mol tương đối của dòng nhập liệu: $f = 4,136$.
  • Tỉ số hoàn lưu tối thiểu xác định từ nồng độ cân bằng $y^F = 0,364$ tại $x_F = 0,25$: $$R{\min} = \frac{x_D - y^_F}{y^*_F - x_F} = \frac{0,94 - 0,364}{0,364 - 0,25} = 5,053$$
  • Tỉ số hoàn lưu làm việc tối ưu: $R = 1,3 R_{\min} + 0,3 = 1,3 \times 5,053 + 0,3 = 6,869$.
  • Suất lượng dòng hơi đỉnh: $G_{HD} = (R + 1) G_D = 946,389\text{ kg/h}$ ($n_{HD} = 46,120\text{ kmol/h}$).
  • Suất lượng dòng lỏng hoàn lưu: $G_L = R \times G_D = 826,120\text{ kg/h}$ ($L = 40,259\text{ kmol/h}$).
  • Suất lượng mol dòng lỏng tại mâm nhập liệu: $n'_{LF} = L + F = 40,259 + 24,242 = 64,501\text{ kmol/h}$.

Chương 4: Cân bằng năng lượng

Chương 4 thiết lập các phương trình cân bằng nhiệt lượng cho toàn bộ hệ thống tháp và thiết bị phụ trợ sử dụng nguồn nhiệt hơi nước bão hòa ở áp suất $P_h = 3\text{ at}$ ($t_o = 132,9^\circ\text{C}$, ẩn nhiệt hóa hơi $r = 2171\text{ kJ/kg}$):

  • Nhiệt lượng dòng hơi mang ra ở đỉnh tháp: $Q_y = 636,11\text{ kW}$ ($2,29 \times 10^9\text{ J/h}$).
  • Nhiệt lượng do dòng hoàn lưu mang vào: $Q_R = 51,22\text{ kW}$ ($3,334 \times 10^8\text{ J/h}$).
  • Thiết bị trao đổi nhiệt làm nguội đáy - nhập liệu: Tận dụng nhiệt dòng đáy từ $70^\circ\text{C}$ xuống $40^\circ\text{C}$ để gia nhiệt $1200\text{ kg/h}$ dòng nhập liệu từ $27^\circ\text{C}$ lên $40^\circ\text{C}$, tiêu tốn lưu lượng dòng đáy trao đổi là $562,13\text{ kg/h}$ (lượng đáy còn lại $517,57\text{ kg/h}$ xả trực tiếp qua làm nguội).
  • Thiết bị đun sôi dòng nhập liệu: Đưa dòng nhập liệu từ $40^\circ\text{C}$ lên trạng thái lỏng sôi $108,8^\circ\text{C}$, tiêu thụ lượng hơi đốt $D_1 = 113.701\text{ kg/h}$.
  • Cân bằng nhiệt cho thiết bị ngưng tụ và làm nguội sản phẩm đỉnh: Xác định lượng nước làm mát cần cung cấp với nhiệt độ vào $27^\circ\text{C}$, nhiệt độ ra $60^\circ\text{C}$ (ngưng tụ) và $40^\circ\text{C}$ (làm nguội).

Chương 5: Tính toán thiết bị chính

  • Phương trình đường làm việc:
    • Đoạn cất (đoạn luyện): $y = 0,873x + 0,119$
    • Đoạn chưng: $y = 1,399x - 0,012$
  • Đường kính tháp ($D$): Tính toán vận tốc hơi trung bình giới hạn cho đoạn cất ($\omega_{gh} = 0,954\text{ m/s}$) và đoạn chưng ($\omega_{gh} = 0,763\text{ m/s}$). Quy chuẩn đường kính toàn tháp là $D = 1,0\text{ m} = 1000\text{ mm}$. Tốc độ làm việc thực tế ở đoạn cất là $0,671\text{ m/s}$ và đoạn chưng là $0,832\text{ m/s}$.
  • Số mâm và chiều cao tháp:
    • Hiệu suất đĩa trung bình: $\eta_D = 61,31%$, $\eta_F = 56,11%$, $\eta_W = 55,33% \rightarrow \eta_{tb} = 57,6%$.
    • Số mâm lý thuyết: $N_{lt} = 21$ mâm (13 mâm cất, 8 mâm chưng).
    • Số mâm thực tế: $N_{tt} = 21 / 0,576 = 36,46 \rightarrow$ chọn 36 mâm thực tế (22 mâm cất, 14 mâm chưng).
    • Chiều cao thân tháp: Với khoảng cách mâm $H_đ = 0,35\text{ m}$, chiều dày mâm $\delta = 5\text{ mm}$, chiều cao thân tháp $H_t = 13,5\text{ m}$. Đáy và nắp elip tiêu chuẩn cao $H_{đn} = 0,275\text{ m}$. Tổng chiều cao toàn tháp là $H = 14,0\text{ m}$.
  • Tính toán kết cấu chóp và ống chảy chuyền:
    • Chọn 40 chóp bố trí trên một đĩa; đường kính ống dẫn hơi $d_h = 50\text{ mm}$, chiều cao ống hơi $h_{hơi} = 70\text{ mm}$.
    • Đường kính chóp $d_{ch} = 74\text{ mm}$, bước chóp tối thiểu $t_{\min} = 109\text{ mm}$.
    • Khe chóp: chiều cao khe $b = 20\text{ mm}$, chiều rộng khe $a = 2\text{ mm}$, số khe trên mỗi chóp $i = 45$ khe.
    • Chiều cao gờ chảy tràn $h_w = 53,174\text{ mm}$, gradient chất lỏng trên mâm $\Delta = 3,28\text{ mm}$.
  • Kiểm tra thủy lực và trở lực tháp:
    • Tổn thất áp suất qua một mâm: $h_t = 76,112\text{ mm chất lỏng}$.
    • Chiều cao lớp chất lỏng trong ống chảy chuyền: $h_d = 145,409\text{ mm} \le 0,5 H_đ = 175\text{ mm}$ (thỏa mãn điều kiện chống ngập lụt tháp).
    • Tỷ số rơi tự do vào ống chảy chuyền: $d_{tw}/d_w = 0,568 \le 0,6$ (đảm bảo chất lỏng không va đập vào thành thiết bị).
    • Tổng trở lực pha hơi qua toàn tháp: $\Delta P = 25754\text{ N/m}^2 = 0,254\text{ at}$.

Chương 6: Tính toán kết cấu tháp

Chương 6 triển khai các tính toán cơ khí và kết cấu thân thiết bị chịu áp lực:

  • Tính bề dày thân trụ tháp, nắp và đáy elip tiêu chuẩn, bề dày mâm tiếp xúc pha.
  • Xác định đường kính trong các ống dẫn lưu chất: ống dẫn hơi đỉnh vào thiết bị ngưng tụ, ống hồi lưu lỏng, ống dẫn dòng nhập liệu, ống tháo sản phẩm đáy và ống cấp hơi từ nồi đun.
  • Tính toán lựa chọn bích nối thân, bích nối đường ống, vòng đệm làm kín chống rò rỉ acid.
  • Tính sơ bộ khối lượng toàn bộ tháp, chọn kết cấu tai treo, chân đỡ và tính toán lớp vật liệu cách nhiệt bên ngoài vỏ tháp.

Chương 7: Tính toán thiết bị phụ

Chương 7 bao gồm tính toán công nghệ và thủy lực cho các thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm và thiết bị phụ trợ:

  • Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu kết hợp làm nguội sản phẩm đáy (tính toán diện tích bề mặt truyền nhiệt và điều kiện nhiệt độ).
  • Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh và thiết bị ngưng tụ hoàn lưu đỉnh tháp.
  • Nồi đun sôi đáy tháp và thiết bị gia nhiệt dòng nhập liệu đến nhiệt độ sôi (xác định hệ số cấp nhiệt phía trong ống và ngoài ống, nhiệt tải riêng, hệ số truyền nhiệt tổng quát $K$, diện tích truyền nhiệt và chiều dài ống truyền nhiệt).
  • Bồn cao vị, tính toán tổn thất áp lực trên hệ thống đường ống và xác định công suất, cột áp của bơm vận chuyển nguyên liệu.

Thiết kế và thông số kỹ thuật hệ thống

Bảng tổng hợp các thông số kỹ thuật then chốt của tháp chưng cất mâm chóp và các chỉ tiêu công nghệ đã được tính toán:

Hạng mục thông số Giá trị thiết kế Đơn vị
Năng suất nhập liệu ($G_F$) 1200 $\text{kg/h}$
Nồng độ dòng nhập liệu ($x_F$) 25 (mol: 0,25; KL: 0,091) $%$ thể tích nước
Nồng độ sản phẩm đỉnh ($x_D$) 94 (mol: 0,94; KL: 0,825) $%$ thể tích nước
Nồng độ sản phẩm đáy ($x_W$) 3 (mol: 0,03; KL: 0,009) $%$ thể tích nước
Suất lượng sản phẩm đỉnh ($G_D$) 120,268 $\text{kg/h}$
Suất lượng sản phẩm đáy ($G_W$) 1079,70 $\text{kg/h}$
Tỉ số hoàn lưu tối thiểu ($R_{\min}$) 5,053 —
Tỉ số hoàn lưu làm việc ($R$) 6,869 —
Đường kính tháp ($D$) 1,0 ($1000$) $\text{m}$ ($\text{mm}$)
Số mâm lý thuyết ($N_{lt}$) 21 (13 cất, 8 chưng) mâm
Hiệu suất mâm trung bình ($\eta_{tb}$) 57,6 $%$
Số mâm thực tế ($N_{tt}$) 36 (22 cất, 14 chưng) mâm
Khoảng cách giữa các mâm ($H_đ$) 0,35 $\text{m}$
Tổng chiều cao tháp ($H$) 14,0 $\text{m}$
Số chóp trên một mâm ($N$) 40 chóp
Đường kính chóp ($d_{ch}$) 74 $\text{mm}$
Đường kính ống dẫn hơi chóp ($d_h$) 50 $\text{mm}$
Kích thước khe chóp ($a \times b$) $2 \times 20$ (số khe $i = 45$) $\text{mm}$
Tổng trở lực toàn tháp ($\Delta P$) $25754$ ($0,254$) $\text{N/m}^2$ ($\text{at}$)
Áp suất hơi đốt cấp nhiệt ($P_h$) 3,0 ($132,9^\circ\text{C}$) $\text{at}$

Kết quả và đóng góp kỹ thuật

  1. Hoàn thiện chu trình tính toán công nghệ chưng cất: Đồ án đã tính toán đầy đủ các thông số cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng và kích thước thiết bị chính cho hệ hỗn hợp hai cấu tử Acid acetic – Nước với độ phân tách cao (từ $25%$ nước lên $94%$ nước ở đỉnh và $97%$ acid acetic ở đáy).
  2. Giải pháp tận dụng nhiệt thừa: Đề tài đã thiết kế sơ đồ nhiệt kết hợp, sử dụng $562,13\text{ kg/h}$ dòng sản phẩm đáy có nhiệt độ cao ($116,6^\circ\text{C}$) để gia nhiệt sơ bộ dòng nguyên liệu từ $27^\circ\text{C}$ lên $40^\circ\text{C}$, giúp tiết kiệm năng lượng hơi đốt tiêu hao ở thiết bị đun sôi sơ bộ.
  3. Kiểm định nghiêm ngặt tính an toàn thủy lực mâm chóp: Các kết quả kiểm tra thủy lực cho thấy chiều cao chất lỏng trong ống chảy chuyền ($h_d = 145,409\text{ mm} \le 175\text{ mm}$) và tỷ số rơi dòng lỏng ($0,568 \le 0,6$) đều nằm trong vùng làm việc an toàn, triệt tiêu nguy cơ sục bọt quá mức hoặc ngập lụt mâm trong quá trình vận hành liên tục.

Hạn chế và phạm vi ứng dụng

  • Hạn chế: Các tính toán nhiệt và thủy lực được xây dựng trên giả định hệ làm việc ở trạng thái xác lập lý tưởng tại áp suất khí quyển $760\text{ mmHg}$, chưa xét đến các biến động đột ngột về tải trọng nguyên liệu hoặc tổn thất nhiệt biến thiên theo mùa của môi trường bên ngoài.
  • Phạm vi ứng dụng: Hồ sơ thiết kế kỹ thuật áp dụng trực tiếp cho các phân xưởng thu hồi acid acetic, tinh chế dung môi hữu cơ hoặc làm mô hình giảng dạy thực hành môn học Kỹ thuật Thực phẩm và Quá trình - Thiết bị Công nghệ Hóa chất.

Giá trị tham khảo

Báo cáo đồ án là tài liệu tham khảo chi tiết cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm, Kỹ thuật Hóa học, Công nghệ Vật liệu và Kỹ thuật Môi trường khi thực hiện đồ án môn học hoặc khóa luận tốt nghiệp về thiết kế thiết bị truyền khối.
  • Kỹ sư thiết kế công nghệ cần tra cứu phương pháp tính toán thủy lực mâm chóp, cân bằng vật chất – năng lượng hệ dung dịch có tính ăn mòn cao như acid hữu cơ.
  • Phần đáng tham khảo nhất là Chương 5 (Tính toán thiết bị chính) với các bước kiểm tra chi tiết thông số khe chóp, gờ tràn, độ giảm áp và điều kiện thủy lực ổn định mâm.

Câu hỏi thường gặp

1. Cấu tử dễ bay hơi trong hệ chưng cất này là gì và nồng độ các dòng sản phẩm đạt bao nhiêu?
Trong hệ chưng cất Acid acetic – Nước, cấu tử dễ bay hơi là Nước ($t_s = 100^\circ\text{C}$, nhẹ hơn so với Acid acetic có $t_s = 118^\circ\text{C}$). Nồng độ nhập liệu ban đầu là $25%$ thể tích nước; sau quá trình chưng cất phân đoạn, sản phẩm đỉnh thu được đạt $94%$ thể tích nước và sản phẩm đáy thu được đạt $3%$ thể tích nước (tức $97%$ Acid acetic).

2. Tỉ số hoàn lưu làm việc của tháp được lựa chọn là bao nhiêu?
Từ số liệu cân bằng pha, tỉ số hoàn lưu tối thiểu được tính là $R_{\min} = 5,053$. Tỉ số hoàn lưu làm việc được xác định theo công thức kinh nghiệm tối ưu $R = 1,3 R_{\min} + 0,3$, tương ứng với giá trị $R = 6,869$.

3. Vì sao tháp mâm chóp được lựa chọn thay vì tháp mâm xuyên lỗ hay tháp chêm?
Tháp mâm chóp được lựa chọn do đặc tính vận hành có độ ổn định rất cao, dải làm việc lưu lượng rộng, hiệu suất tiếp xúc pha lớn và có khả năng làm việc tốt với môi trường chất lỏng có độ nhớt hoặc nguy cơ cặn bẩn cao hơn so với tháp mâm xuyên lỗ và tháp chêm.

4. Kích thước hình học cơ bản của tháp chưng cất được tính ra là bao nhiêu?
Tháp có đường kính trong chuẩn $D = 1,0\text{ m}$ ($1000\text{ mm}$), tổng chiều cao tháp $H = 14,0\text{ m}$ (bao gồm thân tháp cao $13,5\text{ m}$ và hai đáy/nắp elip tiêu chuẩn cao $0,275\text{ m}$). Tháp gồm 36 mâm thực tế (22 mâm đoạn cất và 14 mâm đoạn chưng) với khoảng cách giữa các mâm là $0,35\text{ m}$.

5. Kết quả kiểm tra thủy lực mâm chóp có thỏa mãn điều kiện vận hành không ngập lụt không?
Có. Chiều cao chất lỏng không bọt trong ống chảy chuyền được tính toán là $h_d = 145,409\text{ mm}$, nhỏ hơn giá trị giới hạn cho phép là $0,5 H_đ = 175\text{ mm}$. Tỷ số rơi tự do của chất lỏng đạt $0,568 \le 0,6$, đảm bảo tháp không bị ngập lụt và chất lỏng chảy đều không va đập vào thành.

Kết luận

Đồ án kỹ thuật đã hoàn thành trọn vẹn nhiệm vụ tính toán và thiết kế hệ thống tháp mâm chóp chưng cất liên tục hỗn hợp Acid acetic – Nước với năng suất nhập liệu $1200\text{ kg/h}$. Toàn bộ các thông số công nghệ từ tỉ số hoàn lưu ($R = 6,869$), số mâm thực tế ($36$ mâm), kích thước thân tháp ($D = 1,0\text{ m}$, $H = 14\text{ m}$) đến các kiểm tra thủy lực và cân bằng năng lượng đều được giải quyết mạch lạc theo đúng quy chuẩn kỹ thuật hóa chất và thực phẩm. Kết quả tính toán cung cấp một phương án thiết kế khả thi, tối ưu về sử dụng nhiệt thừa và đảm bảo an toàn vận hành cơ khí.