Luận án Nghiên cứu lựa chọn tác nhân tách hiệu quả cho quá trình chưng cất tăng cường để tách hỗn hợp đẳng phí bằng phương pháp mô phỏng

bằng entalpy): 
Lj-1.hL,j-1 + Gj+1 . hG,j+1 +Fj .hF,j – (Lj+SL,j).hL,j – (Gj+SG,j).hG,j + Qj = 0 
 (2.27) 
Với 
hL, hG - entalpy riêng của pha lỏng và pha hơi 
hL,j = f(tj, pj, xi,j) và hG,j = f(tj, pj, yi,j) 
Ở đây j = 1  N, với N là số bậc cân bằng pha của tháp; 
 i = 1÷ k, với k là số cấu tử của hỗn hợp; 
L – dòng lỏng (đồng thể hoặc dị thể), kmol/s; 
G – Dòng hơi, kmol/s; 
V – Dòng hơi, kmol/s; 
x,y – nồng độ cấu tử trong pha lỏng, pha hơi (phần mol); 
tj – nhiệt độ tại bậc j; 
pj – áp suất tại bậc j; 
Fj – dòng hỗn hợp đi vào bậc j; 
SGj, SLj – dòng lỏng, hơi đi ra từ bậc j; 
Qj – Dòng nhiệt đi vào (hoặc đi ra) bậc j; 
xi,j
(1)
, xi,j
(2)
 – nồng độ cấu tử i trên đĩa i trong pha lỏng 1 và pha lỏng 2; 
Tháp chưng cất tăng cường được mô phỏng bằng hệ phương trình MESH với 
tổng số phương trình là: 
N.(2k+3) cho tháp chưng cất hỗn hợp đồng thể; 
N’.(3k+4)+N‖.(2k+3) cho tháp chưng cất hỗn hợp dị thể (với N‖ là số đĩa có 
cân bằng pha lỏng – lỏng – hơi; N‖ là số đĩa chỉ có cân bằng pha lỏng – hơi). 
Trong hệ phương trình MESH, các phương trình cân bằng pha lỏng – hơi, lỏng 
– lỏng – hơi được tính theo bộ thông số của mô hình cân bằng pha NRTL đã được 
cập nhật trong phần mềm mô phỏng. 
 Như vậy, nếu tháp có số đĩa lý thuyết N lớn, số cấu tử nhiều thì số lượng 
phương trình toán sẽ khá lớn, đòi hỏi phải có công cụ tính toán tốc độ nhanh. Hiện 
nay đã có các phần mềm chuyên dụng đáp ứng được việc này. Tuy nhiên nếu sơ đồ 
tách gồm nhiều tháp tách và các dòng tuần hoàn thì công việc tính toán sẽ rất phức 
tạp, cần phải có các thuật toán phù hợp để tăng tốc độ hội tụ cho quá trình tính toán. 
Hệ phương trình MESH của tháp chưng cất là hệ phương trình phi tuyến. Hệ 
phương trình MESH có thể giải bằng phương pháp Newton – Raphson cải tiến của 
Naphtali và Sandholm (1971) [76]. Đây là phương pháp giải đồng thời các phương 
trình của hệ phương trình phi tuyến MESH và có ưu điểm lớn là nó cho phép tăng 
tốc độ hội tụ của quá trình lặp khi tiến dần đến nghiệm của hệ phương trình. 
Đến thời điểm hiện tại, do các phương pháp giải hệ phương trình MESH của 
tháp chưng cất đã được hoàn thiện, nên độ chính xác của các nghiệm tìm được của 
hệ phương trình MESH rõ ràng sẽ phụ thuộc rất nhiều vào độ tin cậy của các mô 
47 
hình cân bằng pha. Chính vì vậy việc lựa chọn mô hình cân bằng pha cho các hệ 
quan tâm sẽ cần phải được đặc biệt chú ý. 
 Kết quả giải mô hình tháp chưng luyện hỗn hợp nhiều cấu tử cho phép: 
- Xác định được tải nhiệt của các thiết bị đun bay hơi đáy tháp và thiết bị ngưng 
tụ đỉnh tháp; 
- Xác định các thông số của các thiết bị phụ khác có trong hệ thống thiết bị chưng 
cất; 
- Cho phép nhận được phân bố nồng độ của các cấu tử và phân bố nhiệt độ theo 
chiều cao của tháp. 
2.6. Tiêu chí tổng chi phí năm (Total annual costs - TAC) và ứng 
dụng để lựa chọn tác nhân tách cho quá trình chưng cất 
tăng cường. 
Để tính tổng chi phí năm (TAC) của quá trình tách hỗn hợp bằng phương pháp 
chưng cất tăng cường trước tiên cần phải tiến hành lựa chọn mô hình nhiệt động 
phù hợp cho việc xác định cân bằng pha của hệ đang xét. Mô hình này cũng sẽ được 
sử dụng để xác định độ chọn lọc giới hạn S12
 của các tác nhân tách ở trạng thái vô 
cùng loãng. Cũng với mô hình nhiệt động trên sẽ thiết lập được mô hình tổng quát 
của tháp chưng cất (hệ phương trình MESH). Hệ phương trình này sẽ được giải 
bằng phương pháp chính xác của Naphtali và Sandholm [76] để nhận được số đĩa lý 
thuyết của tháp (tương ứng là chiều cao của tháp), đường kính tháp, cũng như các 
tải nhiệt của thiết bị đun sôi đáy tháp (QR) và của thiết bị ngưng tụ đỉnh tháp (QC). 
Các kết quả này sẽ được sử dụng để xác định chi phí đầu tư và các chi phí vận hành 
của hệ thống chưng cất. 
Tổng chi phí năm (TAC) tùy theo yêu cầu thực tế, có thể xác định ở các mức chi 
tiết khác nhau. Theo các tác giả [77], để tiện cho việc so sánh hiệu quả của các quá 
trình chưng cất, tổng chi phí năm cần được xác định theo công thức: 
TAC = 
Chi phí đầu tư
 Thời gian thu hồi vốn
 + Các chi phí vận hành 
Trong đó: 
- Chi phí đầu tư bao gồm: Các tháp chưng cất; các thiết bị ngưng tụ trên đỉnh 
tháp; các thùng chứa trung gian; các thiết bị đun sôi đáy tháp; các bơm và các 
thiết bị gia nhiệt. 
- Chọn thời gian thu hồi vốn: 3 năm [77] 
- Các chi phí vận hành (tính cho 1 năm) bao gồm: tiêu thụ điện; tiêu thụ hơi đốt, 
tiêu thụ nước làm nguội. 
- Chi phí đầu tư cho tác nhân tách lúc đầu được bỏ qua (do thường nhỏ hơn 
nhiều so với chi phí đầu tư cho thiết bị và do được hoàn nguyên và tái sử dụng). 
Các chi phí được tính theo cơ sở dữ liệu giá đã được cập nhật trong phần mềm 
mô phỏng. 
48 
Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
3.1. Nghiên cứu lựa chọn tác nhân tách cho hệ gần với hệ lý 
tưởng 
Trong phần này, chọn hệ 2 cấu tử n-butan – cis-2-buten làm đối tượng nghiên 
cứu vì đây là một hệ gần với hệ lý tưởng điển hình và có ứng dụng quan trọng trong 
công nghiệp. 
3.1.1. Số liệu cân bằng pha lỏng – hơi của hệ n-butan(1) - cis-2- 
buten(2) (Mô hình cân bằng pha UNIFAC Dortmund) 
Sử dụng mô hình cân bằng pha UNIFAC Dortmund để xác định hệ số bay hơi 
tương đối 12 và y1* cho hệ n-butan(1) – cis-2-buten(2). Kết quả được trình bày 
trong Bảng 3. 1 và được biểu diễn trên đồ thị Hình 3. 1. 
Bảng 3. 1. Kết quả xác định hệ số bay hơi tương đối 12 và y1* 
 của hệ n-butan(1) – cis-2-buten(2) 
x1F 0,01 0,2 0,5 0,8 0,99 
γ1 1,059 1,039 1,016 1,003 1,000 
γ2 1,000 1,002 1,015 1,040 1,064 
γ1/ γ2 1,059 1,037 1,001 0,964 0,940 
P1
o
 (bar) 3,409 3,300 3,169 3,079 3,041 
P2
o
 (bar) 3,034 2,933 2,813 2,730 2,696 
P1
o
/ P2
o
 1,124 1,125 1,127 1,128 1,128 
α12 1,190 1,166 1,128 1,087 1,061 
y1* 0,012 0,226 0,530 0,813 0,991 
Hình 3. 1. Đồ thị cân bằng pha của hệ n-butan – cis-2-buten, P = 3 atm 
49 
Kết quả tính toán trong Bảng 3. 1 cho thấy, trong khoảng nồng độ x1F = 0 – 1,0 
(phần mol) hệ số bay hơi tương đối 12 >1; 12 thay đổi không đáng kể và lân cận 
1,1. Sai khác lớn nhất về độ bay hơi tương đối là 10,84%. 
12,max
1,190 1,061
.100% 10,84%
1,190
Hình 3.1 biểu diễn đồ thị cân bằng pha của hệ n-butan(1) – cis-2-buten(2) tại 
P=3 atm cho thấy, đường cân bằng pha của hệ nằm sát với đường y = x, chứng tỏ 
đây là hệ gần với hệ lý tưởng và rất khó tách. 
3.1.2. Xác định độ chọn lọc giới hạn S12
∞
 của n-butan(1) - cis-2-buten(2) 
trong một số tác nhân tách. 
Tiến hành nghiên cứu xác định độ chọn lọc giới hạn S12
 cho quá trình tách hỗn 
hợp n-butan(1) – cis-2-buten(2) bằng các tác nhân tách: nitrometan; axetonitril, 
axeton, butyronitril, toluen, 2-butanol, 1-butanol cho quá trình chưng cất tăng cường 
để tách hỗn hợp n-butan(1) - cis-2-buten(2). Đây là những tác nhân tách thông 
dụng đã được sử dụng trong công nghiệp, hoặc đã có các nghiên cứu về việc sử 
dụng làm tác nhân tách cho quá trình tách hỗn hợp này. 
Áp dụng phương pháp xác định độ chọn lọc giới hạn S12
 của tác nhân tách đã 
trình bày ở mục 2.3 và lựa chọn mô hình cân bằng pha UNIFAC Dortmund để tính 
toán. Kết quả được trình bày trong Bảng 3. 2 
Bảng 3. 2. Độ chọn lọc giới hạn S12
 của một số tác nhân tách sử dụng cho quá trình 
chưng cất tăng cường để tách hỗn hợp n-butan(1) - cis-2-buten(2) được xác định 
theo mô hình cân bằng pha UNIFAC Dortmund ở điều kiện áp suất P=3atm 
STT Tác nhân tách 
Nhiệt độ sôi 
o
C 
Độ chọn lọc 
giới hạn S12
∞
1 nitrometan 141,45 1,6456 
2 axetonitril 120,91 1,6310 
3 axeton 92,27 1,5501 
4 butyronitril 160,83 1,4197 
5 toluen 154,4 1,1796 
6 2 - butanol 133,57 1,1062 
7 1-butanol 152,67 1,1060 
Nhận xét: 
Kết quả tính toán trong Bảng 3. 2 cho thấy, trong các tác nhân tách đã chọn thì 
nitrometan là tác nhân tách có độ chọn lọc giới hạn cao nhất và 1-butanol là tác 
nhân tách có độ chọn lọc thấp nhất. Theo tiêu chí độ chọn lọc giới hạn S12
 thì 
50 
nitrometan là tác nhân tách hiệu quả nhất và 1-butanol là tác nhân tách kém hiệu 
quả nhất. 
3.1.3. Xác định lượng tác nhân tách thích hợp (S/F)opt theo tiêu chí 
(TAC)min. 
Lưu lượng dòng tác nhân tách ảnh hưởng nhiều đến việc tăng cường khả năng 
tách hỗn hợp và chi phí cho mục đích hoàn nguyên tác nhân tách. Do đó lượng tác 
nhân tách tiêu tốn sẽ quyết định đến hiệu quả kinh tế của quá trình. Cho đến nay, 
thông số này vẫn được các tác giả chọn theo kinh nghiệm và chưa đưa ra bất kỳ cơ 
sở khoa học nào. Tỷ lệ dòng tác nhân tách trên dòng hỗn hợp đầu được các tác giả 
sử dụng trong các nghiên cứu trước nằm trong khoảng rất rộng S/F = 2 – 9. 
Vì vậy, cần thiết phải có các nghiên cứu đưa ra cơ sở khoa học để lựa chọn tỷ lệ 
S/F thích hợp cho từng quá trình tách. Trong luận án này, đề xuất lựa chọn tiêu chí 
tổng chi phí năm nhỏ nhất (TAC)min để xác định lượng tác nhân tách thích hợp cho 
quá trình tách. Đây là tiêu chí định lượng theo hiệu quả kinh tế. 
Ví dụ: Xác định lượng tác nhân tách thích hợp (S/F)opt cho quá trình tách hỗn 
hợp n-butan - cis-2-buten bằng phương pháp chưng cất tăng cường với tác nhân 
tách là axeton theo tiêu chí (TAC)min. 
Đây là hệ ba cấu tử không tạo hỗn hợp đẳng phí và không bị phân pha lỏng – 
lỏng (hệ chỉ bao gồm hai pha lỏng – hơi). Sơ đồ hệ thống chưng cất tăng cường để 
tách hỗn hợp n-butan - cis-2-buten bằng tác nhân tách axeton được biểu diễn trên 
Hình 3. 2 gồm 2 thiết bị chính: 
+ Tháp chưng cất tăng cường (tách hỗn hợp đầu) T1 
+ Tháp hoàn nguyên tác nhân tách T2 
+ Mỗi tháp T1, T2 sẽ có một thiết bị ngưng tụ trên đỉnh tháp và một thiết bị 
đun bốc hơi dưới đáy tháp. 
Hình 3. 2. Sơ đồ hệ thống tách hỗn hợp n-butan(1) – cis-2-buten(2) bằng quá trình 
chưng cất tăng cường sử dụng tác nhân tách axeton(3) 
51 
Dòng hỗn hợp đầu F và dòng tác nhân tách S được đưa vào tháp T1 (tháp chưng 
cất tăng cường). Dòng đỉnh D1 thu được n-butan với nồng độ đạt 99% mol, dòng 
đáy tháp B1 là hỗn hợp cis-2-buten và tác nhân tách axeton được đưa sang tháp T2 
(tháp hoàn nguyên tác nhân tách). Tại tháp T2, dòng đỉnh D2 thu được chủ yếu là 
cis-2-buten với nồng độ 99,5% mol, axeton được tách ra theo dòng đáy B2 với nồng 
độ đạt 99,9 % mol và được bổ sung thêm dòng tác nhân tách So (bù lượng lượng tác 
nhân tách bị mất mát theo các dòng sản phẩm D1 và D2) trước khi đưa tuần hoàn trở 
lại tháp T1. 
 Trình tự xác định (S/F)opt để tách hỗn hợp n-butan - cis-2-buten với lưu lượng 
dòng hỗn hợp đầu F = 100 kmol/h, thành phần hỗn hợp đầu (1)/(2) cho trước sẽ 
gồm các bước như sau: 
- Bước 1: Lấy một số giá trị của lưu lượng dòng tác nhân tách (S/F)i 
- Bước 2: Khảo sát để xác định các thông số làm việc của từng tháp (số đĩa 
lý thuyết, vị trí đưa dòng hỗn hợp đầu, dòng tác nhân tác vào tháp, tỷ số 
hồi lưu L/F) nhằm đáp ứng yêu cầu chất lượng sản phẩm cho trước theo 
từng giá trị (S/F)i , kết nối các dòng tuần hoàn trong sơ đồ hệ thống tách. 
- Bước 3: Tiến hành tính tổng chi phí năm (TAC) của sơ đồ tách ứng với 
các dòng tác nhân tách (S/F)i. Theo kết quả nhận được, xác định (S/F)opt 
tương ứng với giá trị (TAC)min. 
Áp dụng các bước trên để xác định các giá trị (S/F)opt cho quá trình tách hỗn 
hợp n-butan - cis-2-buten bằng tác nhân tách axeton với năng suất 100 kmol hỗn 
hợp đầu/h, tại 3 thành phần hỗn hợp đầu (1)/(2) lần lượt là 50/50; 25/75; 75/25 
(kmol(1)/kmol(2)). Các kết quả được dẫn trong Bảng 3.3 và được biểu diễn trên 
Hình 3. 3. 
Bảng 3. 3. Tổng chi phí năm (TAC) tại các lưu lượng dòng tác nhân tách khác nhau cho 
quá trình tách hệ n-butan(1) – cis-2-buten(2) – axeton(3) với lưu lượng dòng hỗn hợp đầu 
100 kmol/h 
Lƣu lƣợng dòng 
tác nhân tách, 
 kmol (3)/h 
Tổng chi phí năm TAC, USD/năm 
kmol (1)/kmol (2) 
= 25/75 
kmol (1)/kmol (2) = 
50/50 
kmol (1)/kmol 
(2) = 75/25 
50 1.215.100 1.362.256 1.502.836 
100 1.060.405 1.158.793 1.258.041 
200 991.275 1.075.163 1.145.543 
300 1.012.725 1.096.270 1.163.658 
400 1.082.981 1.156.860 1.210.153 
500 1.135.442 1.230.174 1.284.613 
52 
Hình 3. 3. Đồ thị xác định (S/F)opt theo tiêu chí tổng chi phí năm (TAC)min 
cho quá trình tách hệ n-butan(1) – cis-2-buten(2) bằng tác nhân tách axeton(3) 
Nhận xét: 
 Lượng tác nhân tách tiêu tốn thích hợp theo tiêu chí (TAC)min ít phụ thuộc vào 
thành phần hỗn hợp đầu kmol(1)/kmol(2). 
 Cho hệ n-butan – cis-2-buten, lưu lượng dòng tác nhân tách axeton thích hợp 
nằm trong khoảng (S/F)opt 2 ÷ 3. 
3.1.4. Xếp hạng tác nhân tách theo độ chọn lọc giới hạn S12
 và theo 
tiêu chí tổng chi phí năm (TAC). 
Từ kết quả tính được ở mục 3.1.3 cho thấy (S/F)opt không phụ thuộc vào thành 
phần hỗn hợp đầu. Do đó, trong phần nghiên cứu tiếp theo đây, sẽ lần lượt tiến hành 
xác định (S/F)opt của các tác nhân tách còn lại, với năng suất tính theo hỗn hợp đầu 
F = 100 kmol /h, tại thành phần hỗn hợp đầu 50 kmol(1)/50kmol(2). Các kết quả 
được dẫn trong Bảng 3. 4 và biểu diễn trên Hình 3.4. 
53 
Bảng 3. 4. Quan hệ giữa TAC và độ chọn lọc giới hạn S12
 của quá trình chưng cất 
tăng cường để tách hỗn hợp n-butan(1) – cis-2-buten(2) (tại tỷ lệ kmol(1)/kmol(2) = 50/50) 
STT Tác nhân tách 
Độ chọn lọc 
giới hạn S12
∞
Thứ hạng 
theo S12
∞
TAC, 
USD/năm 
Thứ hạng 
theo TAC 
1 nitrometan 1,6456 1 685.518 1 
2 axetonitril 1,6310 2 712.650 2 
3 axeton 1,5501 3 1.075.163 3 
4 butyronitril 1,4197 4 1.126.285 4 
5 toluen 1,1796 5 2.051.456 5 
6 2 - butanol 1,1062 6 2.580.345 6 
7 1-butanol 1,1060 7 2.605.386 7 
Kết quả xếp thứ hạng tác nhân tách theo Bảng 3. 4 cho thấy thứ hạng của các 
tác nhân tách theo độ chọn lọc giới hạn và tổng chi phí năm là trùng khớp. 
Hình 3. 4. Quan hệ giữa TAC và độ chọn lọc giới hạn S12
 của các tác nhân tách sử dụng 
cho quá trình chưng cất tăng cường để tách hỗn hợp n-butan – cis-2-buten 
 (thành phần hỗn hợp đầu (1)/(2) = 50/50) 
Quan hệ giữa TAC và S12
 được biểu diễn trên Hình 3.4 cho thấy: cho quá trình 
tách các hệ gần với hệ lí tưởng, quan hệ giữa tổng chi phí năm (TAC) và độ chọn 
lọc giới hạn (S12
) của tác nhân tách là quan hệ nghịch biến. Tác nhân tách có độ 
chọn lọc giới hạn cao nhất sẽ cho tổng chi phí năm của quá trình là nhỏ nhất. 
54 
Vì vậy, lựa chọn tác nhân tách cho quá trình chưng cất tăng cường để tách các 
hệ gần lý tưởng có thể tiến hành theo tiêu chí ―Độ chọn lọc giới hạn (S12
)‖ (thay 
cho tiêu chí TAC). 
3.2. Nghiên cứu lựa chọn tác nhân tách cho hệ đẳng phí 
3.2.1. Nghiên cứu lựa chọn tác nhân tách cho hệ đẳng phí cực tiểu 
đồng thể 
Trong phần này, các nghiên cứu sẽ tiến hành trên hệ 2 cấu tử axeton(1) – n-
heptan(2), sử dụng tác nhân tách là benzen(3). 
3.2.1.1. Xác định lượng tác nhân tách tiêu tốn nhỏ nhất (S/F)min 
Ví dụ: Tách hỗn hợp axeton(1) – n-heptan(2) bằng tác nhân tách benzen(3). Đồ thị 
tam giác của hệ ba cấu tử này (Hình 3. 5) cho thấy, hệ chỉ có một đẳng phí cực tiểu 
hai cấu tử nằm giữa axeton và n-heptan với thành phần 93% mol axeton, nhiệt độ 
55,82
o
C. 
Hình 3. 5. Đồ thị tam giác của hỗn hợp axeton(1) – n-heptan(2) – benzen(3) 
Sử dụng phương pháp xác định (S/F)min như đã trình bày ở mục 2.4 để xác 
định (S/F)min cho quá trình tách hỗn hợp axeton(1) – n-heptan(2) bằng tác nhân tách 
là benzen. Các kết quả được dẫn trong Bảng 3.5 và biểu diễn trên Hình 3.6. 
Bảng 3. 5. Sự phụ thuộc của hệ số bay hơi tương đối α12 vào lưu lượng dòng 
tác nhân tách benzen. 
x1F 0,01 0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 0,9 0,95 0,99 
 12 
S/F=0,1 12,886 11,477 9,364 5,727 3,313 1,819 1,313 1,186 0,962 
(S/F)
min
 =0,15 12,275 10,918 8,996 5,652 3,367 1,91 1,406 1,277 1,049 
S/F=0,2 11,738 10,436 8,674 5,581 3,413 1,993 1,492 1,363 1,132 
S/F=0,5 9,516 8,521 7,346 5,223 3,575 2,367 1,899 1,775 1,544 
55 
Hình 3. 6. Ảnh hưởng của tỷ lệ dòng tác nhân tách và dòng hỗn hợp đầu S/F đến 
độ bay hơi tương đối α12 của hỗn hợp axeton(1) – n-heptan(2) với tác nhân tách benzen(3) 
Kết quả khảo sát cho thấy, trong dãy các tỷ số (S/F)i đã khảo sát, khi (S/F)i 
0,15 thì tất cả các giá trị của độ bay hơi tương đối α12 lớn hơn 1,0 và tại giá trị 
(S/F)min = 0,15 hỗn hợp đẳng phí cực tiểu axeton – n-heptan bắt đầu được loại bỏ. 
3.2.1.2. Nghiên cứu khả năng xuất hiện đa trạng thái ổn định trong tháp 
chưng cất tăng cường để tách hỗn hợp đẳng phí 
Chưng cất tăng cường để tách các hỗn hợp đẳng phí là một trong những quá trình 
tách quan trọng và được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, hoạt động của các tháp chưng 
cất tăng cường để tách các hỗn hợp đẳng phí rất phức tạp, Laroche và cộng sự 
(1992) [21] đã phát hiện ra rằng tháp chưng cất tăng cường có thể xuất hiện nhiều 
trạng thái ổn định (đa trạng thái ổn định), tức là hai hoặc nhiều trạng thái ổn định 
với các thành phần và phân bố nhiệt độ khác nhau tương ứng với cùng một chế độ 
hoạt động của tháp. Đa trạng thái ổn định có thể gây ra sự cố trong vận hành và điều 
khiển tháp chưng cất. Khi xuất hiện hai hoặc nhiều trạng thái ổn định ở cùng một 
chế độ vận hành của tháp, tháp có thể đang từ trạng thái ổn định đạt chất lượng sản 
phẩm tốt chuyển sang trạng thái ổn định không mong muốn khác (có độ tinh khiết 
của sản phẩm thấp hơn). 
Minh chứng về đa trạng thái ở chế độ khởi động tháp đã được kiểm chứng bằng 
thực nghiệm trong luận án tiến sĩ và công trình đã công bố của tác giả Trần Trung 
Kiên [78,79] cho quá trình chưng cất tăng cường để tách hỗn hợp đẳng phí etanol – 
nước bằng tác nhân tách xyclohexan với 1mol hỗn hợp có thành phần (etanol: 
0,6772 phần mol, nước: 0,2034 phần mol, xyclohexan: 0,1194 phần mol), trong 
tháp chưng cất đã xuất hiện trường hợp đa trạng thái. 
 với: 
α12 = 1,0 
 min
0,1194
0,135589 1,25
0,6772 0,2034
S S
F F
(S/F)min 
56 
Một minh chứng khác về thực nghiệm đa trạng thái ổn định đã được Müller, D 
và các cộng sự [80] công bố khi tiến hành thực nghiệm quá trình chưng cất tăng 
cường để tách hỗn hợp đẳng phí etanol – nước bằng tác nhân tách xyclohexan với 
1mol hỗn hợp có thành phần (etanol: 0,63 phần mol; nước: 0,25 phần mol; 
xyclohexan: 0,12 phần mol), trong tháp chưng cất đã xuất hiện đa trạng thái ổn định 
với: 
Cả hai minh chứng trên đều cho thấy, tỷ lệ S/F có ảnh hưởng đáng kể đến khả 
năng xuất hiện đa trạng thái ổn định trong tháp chưng cất tăng cường. 
Vì vậy, nghiên cứu xác định khả năng làm việc của tỷ lệ S/F để tránh xuất hiện 
đa trạng thái ổn định trong tháp chưng cất tăng cường là rất cần thiết. 
Nghiên cứu được thực hiện cho quá trình tách hỗn hợp axeton(1) – n-heptan(2) 
với tác nhân tách benzen(3). Sử dụng phương pháp mô phỏng để khảo sát các yếu tố 
quan trọng (tỷ lệ dòng tác nhân tách trên dòng nguyên liệu đầu S/F và tỷ số dòng 
hồi lưu đỉnh tháp trên dòng nguyên liệu đầu L/F) ảnh hưởng đến sự xuất hiện đa 
trạng thái ổn định trong quá trình chưng cất tăng cường. 
Sơ đồ tháp chưng cất tăng cường được thể hiện trên Hình 3.7 với các thông số 
làm việc của tháp như sau: 
Hình 3. 7. Sơ đồ tháp chưng cất hỗn hợp 
đẳng phí axeton – n-heptan sử dụng 
 tác nhân tách benzen 
F 
min
0,136 1,25S S
F F
a/ Chọn các thông số của tháp: 
- Số đĩa lý thuyết N: 64 đĩa 
- Vị trí đĩa tiếp liệu NF: đĩa 38 
- Vị trí dòng tác nhân tách vào 
tháp NS: đĩa 38 
- Tỷ số hồi lưu L/F: 66 
- Tỷ lệ dòng tác nhân tách trên 
dòng nguyên liệu đầu (S/F): 
0,01 < (S/F)min = 0,15. 
b/ Kết quả mô phỏng: 
 Hình 3. 8 biểu diễn phân 
bố nồng độ của các cấu tử 
trong tháp chưng cất tăng 
cường ở hai trạng thái ổn định 
khác nhau. 
57 
a - Trạng thái 1: Nồng độ sản phẩm cao b - Trạng thái 2: Nồng độ sản phẩm thấp 
Hình 3. 8. Phân bố nồng độ trong tháp chưng cất (thể hiện trên đồ thị tam giác và đồ thị vuông góc) tại tỷ lệ S/F = 0,01 < ((S/F)min = 0,15) và 
tỷ số hồi lưu L/F = 66, D = 90,99 kmol/h. 
 Đồ thị tam giác Đồ thị tam giác 
Đồ thị vuông góc Đồ thị vuông góc 
58 
Điều đó cho thấy đã xuất hiện đa trạng thái ổn định trong tháp, trong đó chỉ có 1 
trạng thái cho chất lượng sản phẩm đạt yêu cầu (trạng thái a). 
Kết quả nhận được cho thấy khi S/F = 0,01 < (S/F)min = 0,15 và với tỷ số hồi lưu 
(L/F) lớn, khả năng xuất hiện đa trạng thái trong tháp chưng cất tăng cường để tách 
hỗn hợp đẳng phí là rất cao. 
+ Khi tỷ lệ L/F