Tính toán thiết kế tháp chưng cất để tách benzeneacetone bằng tháp đĩa

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Khoa Hóa
Ngành Cơng Nghệ Dầu
Khí Và Khai Thác Dầu

TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC ĐỂ
PHÂN RIÊNG HỖN HỢP ACETON – BENZEN BẰNG THÁP ĐĨA
Lớp học phần: 107364022202052B
Nhóm 9:

Nguyễn Cảnh Nghị
Huỳnh Ngọc Huy
Lê Tiến Linh

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Trương Hữu Trì
TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân
TS. Nguyễn Thanh Bình


Khoa Hóa
Ngành Cơng Nghệ Dầu
Khí Và Khai Thác Dầu

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NỘI DUNG

01

CHƯƠNG I: TỔNG
QUAN VỀ SẢN PHẨM

02

CHƯƠNG II: TÍNH
CƠNG NGHỆ THIẾT BỊ
CHÍNH

03

CHƯƠNG III: TÍNH KẾT
CẤU CƠNG NGHỆ
THIẾT BỊ CHÍNH

04
05

CHƯƠNG IV: TÍNH
TỐN THIẾT BỊ
PHỤ

CHƯƠNG V: TÍNH
TỐN VÀ CHỌN
BƠM


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Khoa Hóa
Ngành Cơng Nghệ Dầu
Khí Và Khai Thác Dầu

01
CHƯƠNG I: TỔNG
QUAN VỀ SẢN PHẨM


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ACETON
Aceton là hợp chất hữu cơ dạng ceton đơn giản
nhất, tồn tại ở dạng lỏng, tan tốt trong nước và
dễ cháy .
Công thức phân tử CH3COCH3.
Aceton được sử dụng làm dung môi, trong y
dược và kỹ thuật làm đẹp, gia dụng và các ứng
dụng khác.

Khoa Hóa
Ngành Cơng Nghệ Dầu
Khí Và Khai Thác Dầu
BENZEN
Là một hydrocacbon thơm, chất lỏng không
màu, độc, dễ cháy khi ở nhiệt độ thường,
không tan trong nước và nhẹ hơn nước, có khả
năng hịa tan nhiều chất hữu cơ.
Cơng thức phân tử C6H6.

Khoa Hóa
Ngành Cơng Nghệ Dầu
Khí Và Khai Thác Dầu

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CHƯNG CẤT, CÁC PHƯƠNG PHÁP CHƯNG CẤT
Chưng cất là phương pháp tách hỗn hợp các cấu tử (lỏng/khí) ra khỏi nhau dựa
trên độ bay hơi khác nhau giữa các cấu tử trong hỗn hợp.

Chưng đơn giản
Chưng bằng hơi nước trực tiếp
Có 4 phương pháp chưng cất
Chưng chân không
Chưng luyện


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Khoa Hóa
Ngành Cơng Nghệ Dầu
Khí Và Khai Thác Dầu

LỰA CHỌN THÁP CHƯNG CẤT
Tháp đĩa: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có
gắn các đĩa trên đó pha lỏng và pha hơi được tiếp xúc

trực tiếp với nhau. Trên đĩa có gờ chảy tràn để duy trì
mực chất lỏng trên đĩa.

Ưu, nhược điểm của tháp đĩa
Ưu điểm:
Tháp đĩa chóp:
- Năng suất cao, Hoạt động ổn định
Tháp đĩa lỗ:
- Chế tạo đơn giản , Hiệu suất tương đối cao, Hoạt động
khá ổn định, Làm việc với chất lỏng bẩn.
Nhược điểm: Tháp đĩa chóp:
- Chi tiết cấu tạo phức tạp, Trở lực lớn
Tháp đĩa lỗ:
- Trở lực khá cao, Yêu cầu lắp đặt khắt khe

Các loại tháp đĩa


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ

Khoa Hóa
Ngành Cơng Nghệ Dầu
Khí Và Khai Thác Dầu


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

02
CHƯƠNG II: TÍNH CƠNG
NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH

Khoa Hóa
Ngành Cơng Nghệ Dầu
Khí Và Khai Thác Dầu


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
1

Khoa Hóa
Ngành Cơng Nghệ Dầu
Khí Và Khai Thác Dầu

CÂN BẰNG VẬT LIỆU
Mục đích: Tính tốn và thiết kế hệ thống thiết bị chưng luyện liên tục để phân riêng hỗn
hợp Acetone – Benzene bằng tháp đĩa

Số liệu ban đầu:
- Năng suất theo hỗn hợp đầu : 50 tấn/ngày = 2083.33 (kg/h)
- Nồng độ khối lượng của hỗn hợp đầu và sản phẩm đỉnh và đáy tương ứng là:
+ Nồng độ Aceton trong hỗn hợp đầu aF = 35% (phần khối lượng)
+ Nồng độ Aceton trong sản phẩm đỉnh ap = 96% (phần khối lượng)
+ Nồng độ Aceton trong hỗn hợp đáy aw = 7% (phần khối lượng)
- Tháp chưng cất làm việc ở áp suất thường

Khoa Hóa
Ngành Cơng Nghệ Dầu
Khí Và Khai Thác Dầu

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BẢNG CÂN BẰNG VẬT LIỆU CỦA THÁP CHƯNG CẤT

Nồng độ phần
khối lượng

Nồng độ phần mol

Lưu lượng
(Kg/h)

Lưu lượng
(kmol/h)

Hỗn hợp đầu

0.35

0.42

2083.33

29.93

Sản phẩm đỉnh

0.96

0.97

655.148

11.18

Sản phẩm đáy

0,07

0,092

18.747


Khoa Hóa
Ngành Cơng Nghệ Dầu
Khí Và Khai Thác Dầu

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
SỐ LIỆU ĐƯỜNG CÂN BẰNG
X

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

Y

0

0,25

0,41

0,52

0,61

0,68

0,73

0,81

0,87

0,94

1

ts(◦C)

80,1

74

69,9

67

64,7

62,8

61,2

59,8

58,5

57,4

56,3

1

Đường cân bằng x-y

x,y

Từ số liệu bảng trên ta vẽ đồ thị đường cân bằng x-y và đường cân bằng T-x-y

0.8

1

0.6

0.8

0.4
0.2
0
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

T-x,y

0.6
0.4
0.2
0
56.3

61.3

66.3

71.3

76.3

T


Khoa Hóa
Ngành Cơng Nghệ
Dầu Khí Và Khai Thác
Dầu

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

THÀNH PHẦN PHA CỦA HỖN HỢP 2 CẤU TỬ AXETON - BENZEN
Bảng nội suy tuyến tính của hỗn hợp Axeton - Benzen
Sản phẩm

x (phần mol)

y* (phần mol)

(◦C)

F

0.42

0.623

64.4

P

0.97

0.982

56.7

W

0.092

0.21

78.1

Công thức nội suy:
;


Khoa Hóa
Ngành Cơng Nghệ
Dầu Khí Và Khai Thác
Dầu

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ HỒI LƯU VÀ SỐ ĐĨA LÍ THUYẾT
Phương trình làm việc đoạn chưng và đoạn luyện

Phương trình làm việc đoạn chưng
Tính Rmin
Với L = F/
P
Phương trình làm việc đoạn luyện

=x+

=


Khoa Hóa
Ngành Cơng Nghệ
Dầu Khí Và Khai Thác

Dầu

Rx = 2.907
Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết

y

y

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết

1

1

1

1

0.99

0.99

0.99

0.99

0.98

0.98

0.98

0.98

0.97

0.97

0.97

0.97

0.96

0.96

0.96
0.95
0.5

x

0.6

0.7

0.8

0.9

Rx = 3.249

1

0.96

x

0.95
0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1


Khoa Hóa
Ngành Cơng Nghệ
Dầu Khí Và Khai Thác
Dầu

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BẢNG XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ HỒI LƯU VÀ SỐ ĐĨA LÍ THUYẾT
b

1.3

1.5

1.7

1.9

2.1

2.3

2.5

Rx

2.223

2.565

2.907

3.249

3.591

3.933

4.275

B

0.301

0.272

0.248

0.228

0.211

0.196

0.184

N

22

16

14

14

13

13

N(Rx+1)

70.906

18
64.17

65.512

59.486

64.274

64.129

68.575

Từ bảng trên tìm được giá trị N(Rx+1) nhỏ
nhất tại
Rx = 3.25 tương ứng b = 1.9
Vậy ta tính được chỉ số hồi lưu thích hợp Rx =
3.25
Số đĩa lí thuyết đoạn luyện: 10.7
Số đĩa lí thuyết đoạn chưng: 3.3
Số đĩa lí thuyết của tháp chưng: 14


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
2

Khoa Hóa
Ngành Cơng Nghệ

Dầu Khí Và Khai Thác
Dầu

CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
Mục đích:
- Xác định lượng nước lạnh cần thiết cho quá trình ngưng tụ và làm lạnh
sản phẩm đỉnh.
- Xác định lượng hơi đốt cần thiết khi đun nóng hỗn hợp đầu và đun sôi ở
đáy tháp.

Sơ đồ hệ thống tháp chưng cất


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Khoa Hóa
Ngành Cơng Nghệ
Dầu Khí Và Khai Thác
Dầu

CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CỦA THIẾT BỊ ĐUN NÓNG HỖN HỢP ĐẦU
Lượng hơi đốt cần thiết:
Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào
Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào
Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra


Khoa Hóa
Ngành Cơng Nghệ

Dầu Khí Và Khai Thác
Dầu

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CỦA THÁP CHƯNG
LUYỆN
Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang
Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh
vào
tháp
(W)
Nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu
mang vào

Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang
ra

Lượng hơi đốt cần thiết để đun nóng dung dịch ở đáy tháp
D = D1 + D2 = + = 772.331(kg/h)


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Khoa Hóa
Ngành Cơng Nghệ
Dầu Khí Và Khai Thác
Dầu

CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CỦA
THIẾT BỊ NGƯNG TỤ

CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CỦA
THIẾT BỊ LÀM LẠNH SẢN PHẨM
ĐỈNH

Lượng nước lạnh của thiết bị ngưng tụ
hoàn toàn

Nếu ngưng tụ hồn tồn thì
Tương tự, lượng nước lạnh tiêu tốn


Khoa Hóa
Ngành Cơng Nghệ
Dầu Khí Và Khai Thác
Dầu

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

03
CHƯƠNG III: TÍNH KẾT
CẤU CƠNG NGHỆ
THIẾT BỊ CHÍNH