Tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền nước axit propionic

ĐH Cơng nghiệp Hà Nội — Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng

LỜI MỞ ĐÂU.......................... MỤC LỤC
------ E3T3 111 111111111 11111 11111 1 1y 4

Chương I: GIỚI THIỆU CHƯNG..............- +.°+.E+.E+.E+.E+E.+E.+E.+E.+E.eE.eEe.zz.ee.ze-cee 5

1.1: LY THUYET VE CHUNG LUYEN: ....ccccccceseseseseseseseseseseseseeen 5

1.1.1: Phương pháp chưng luyỆn:..................................------<<<<<<<<<
1.1.2. Thiết bị chưng luyỆn:.........- .2E..S.E ............- 6
1.2.GIỚI THIỆU VỀ HỖÕN HỢP CHƯNG LUYỆN:.........................----5-- 6

IV ái): 0... 6

8/9)... ‹‹-A................ 8

1.3. DAY CHUYEN SAN XUAT ooieeccccscsesesesesesesesesesesesesesesesesesenenen 11
Chương 2: TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH ............................--- +c+c+£+£+zzcee 13

2.1. TINH TOAN CAN BANG VAT LIEU TOAN THIET BI: ............. 13
2.1.1.Cân bang Vat LGU... ccececececececcececcecececececececacacacacacacacacacacaees 14
2.1.2. Tinh chi số hồi lưu tối thiểu............+ 2.-2..ss.+s.+£.+£.££.z£.z+.Ez.Ez.sz-sz-seẻ 15
2.1.3.Tính chỉ số hồi lưu thích hợp..........-.-- .6s..s.e..+e.Ee.ee.eee.ee-eee-eed 17
2.1.4.Số đĩa lý thuyéte.c ccc ccccececcececececececececececececacacacacacacavacacaees 27

2.1.5.Phương trình đường nơng độ làm việc:.....................2-.5.-.5.s.c.sc-s-c-sẻ 27

2.2. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP.............+ .2 .2+.2 +.ES.ES.Ec.E£.Ee.EzE.zE.rr.re-re-red 28

2.2.1.Lượng hơi trung bình các dịng pha ởi trong tháp. ......................... 28

2.2.2.Khỗi lượng riêng trung bình ............- .6...x.x.x..cv.x.x.x .ce.re-ceở 33

2.2.3. Vận tốc hơi đi trong tháp.............-..+x.x..x......---r-e-o 36

“Nho 004i ả nn................ 36

2.3. TINH CHIEU CAO THÁP.........2.-2.+.2.2.£.E+.E£E.£E£.E£.E+E.eE.ere.rer.er.ered 37
2.3.1. Hệ số khuếch tán ............- +.2.2 .2.E .S.E .E.EEE.EE.5.22-15-11-11-11--rxee 37
2.3.2. Hệ số cấp khối .........-.- c.ư..S.11....1c....ch---h-d-- 39

2.3.3. Hệ số chuyên khối, đường cong động học, số đĩa thực tế:........... 42

2.3.4. Hiệu suất tháp, chiều cao tháp .........---.¿-.¿-s..c+.ecx.sE.se.se.ree.er.se.red 47

2.4. TÍNH TRỞ LỰC THÁP.........-.<.< ..SE...SE..1.5.11.10.10-0-1-b 49
Lê Thị Hiên — Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3. l

ĐH Cơng nghiệp Hà Nội — Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng

2.4.1. Trở lực của đĩa khơ.........--.- -.- -.-- .- -.Ă Ă.n.S ...H ..........crra 49

2.4.2. Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt............2 .t.e..t.e...ge.er.eg.ze.e: 50

2.4.3. Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa.............--.5.5s.s.+s.+s.z.sz.s.zx.zx.c.xở 51

“4.5 S8 vui ái 0n .................... 51

2.5. TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG..................2.-.5-.5 .+.c+.cs.£.e£.ez.ec-xở 52

2.5.1. Tính cân bằng nhiệt trong thiết bị gia nhệt hỗn hợp đầu: ........... 52

2.5.2. Tính cân bằng nhiệt lượng toàn tháp chưng luyện....................... 54

2.5.3. Tính cân bằng nhiệt lượng trong thiết bị ngưng tụ:..................... 57

2.5.4. Tính cân bằng nhiệt lượng trong thiết bị làm lạnh....................... 58
Chương 3. TÍNH TỐN CƠ KHÍ.............S.E.....EE.eE.eE.vE.cv.cv..v.vr-er-ee 60

3.1. TÍNH TỐN THÂN THÁP: ...........5-.56........... 60

3.1.1. Áp suất trong thiết bị.............s..e....E...c.hc.vc.hr.vv.re.re-re-re-re-eở 60

3.1.2. Ứng suất cho phépp.........t..h..ư...c.hư.ch.ư .cư c.hư-c-hư--re-o 61

3.1.3 Tính hệ số bền của thành hình trụ theo phương đọc:................... 61

3.1.4. Dai long b6 SUNG. oo... cceceseseseseececececececeseecevevavacececssesteveveeas 62

3.1.5. Chiều dày thân tháp.............k..h....c.hư...-c-hư-c-h-e-c-k 62
3.2. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH CÁC ƠNG DẪN ...........................---ccccccscsce¿ 63

3.2.1. Đường kính ơng chảy chuễn..............5.-.55....c.x x.x.x..re.re-reở 64

3.2.2. Đường kính ơng dẫn hỗn hợp đầu vào tháp..........................----sc«¿ 64

3.2.3. Đường kính ông dẫn hơi đỉnh tháp.................5.-.56..cs.cx.cx.c-ec-ec-xở 65

3.2.4. Đường kính ông dẫn sản phẩm đáy,................2-.2.-.5.s.c.sc.sc.e.ce-c-xở 65

3.2.5.Đường kính ỗng dẫn hơi ngưng tụ hồi lưu....................-.--..-.s..5. 66

3.2.6. Đường kính ỗng dẫn hơi sản phâm đáy hồi lưu.........................-- 67

3.3. TINH DAY VÀ NẮP THIẾT BỊ,............5.-2.2..£..+z.+E.+E.zs.zs.+s.ze.zre-e. 67
3.4 CHON MAT BICH .....ecsesesesesesesesesesesesesesesessseseseseseseseseseseseseseseneeens 70

3.4.1. Chọn mat bich dé néi than thap va nap, day... eee 70
3.4.2. Chọn mặt bích để nối ơng dẫn thiết bị: ............................-- 5-5-5552 70
3.5. TÍNH VÀ CHỌN GIÁ ĐỠ, TAI TREO..................55..< .<.s.e.x-:- 71

Lê Thị Hiên — Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3. 2

ĐH Cơng nghiệp Hà Nội — Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng

3.5.1. Tính khối lượng tồn bộ tháp.............................----cccc se. 71

3.5.2. Tính {a1 ẦT€O....................... ---- -- - Ă cọ ng ng ng 74

Chương 4. TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ...........................- +s+£+£+£+£+£z£z£+zzzez 71

4.1 TĨNH TOÁN THIẾT BỊ GIA NHIỆT HÕN HỢP ĐẦU..................... 77
4.1.1. Tính hiệu số nhiệt độ trung bình ..............5..6..x..x....ce-cxở 77
4.1.2. Tính lượng nhiệt trao đồi.............5.-5..sx.c.xx.c.x.cv.....re-re-rkở 78

4.1.3. Tính hệ số cấp nhhiệt.......-G.- G ....v .......cv...c.v ..ve.erei 78
4.2. TÍNH BƠM VÀ THÙNG CAO VỊ,...........---.- 5.5.S.sc.xc.x+.es.rs.re.re.rr.er.ed 85

4.2.1. Tính các trở ÌỰC ..............--.---.- .cc.Ă .Ă.n...H.S .S.H....-.v-a. 86

4.2.2. Tinh chiéu cao thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu........................-.... 94

4.2.3. Tính và chọn bơm........-.- -.- --.--.-- ..+ c.< + Ă.s.E S ..H .....nh.r..a. 95

KẾT LUẬN ............................---G-G- E333 11111 1111111111111 1111111 1 1 1y. 99

Lê Thị Hiên — Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3. 3

ĐH Cơng nghiệp Hà Nội — Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng

LOI MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nền công
nghiệp đã mang lại cho con người những lợi ích vơ cùng to lớn về vật chất
và tinh thần. Đề nâng cao đời sống nhân dân, để hòa nhập chung với sự phát
triển chung của các nước trong khu vực cũng như trên thế giới Đảng và Nhà
nước ta đã đề ra mục tiêu cơng nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước.

Trong tiến trình cơng nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước những ngành
mũi nhọn như cơng nghệ thơng tí, cơng nghệ sinh học, cơng nghệ điện tử
tự động hóa...cơng nghệ hóa giữ vai trị quan trọng trong việc sản xuất các
san phẩm phục vụ cho nền kinh tế quốc dân, tạo tiền đề cho nhiều ngành

khác phát triển.
Khi kinh tế phát triển thì nhu cầu của con người ngày càng tăng. Do

vậy các sản phẩm cũng đòi hỏi cao hơn, đa dạng hơn, phong phú hơn, theo
đó cơng nghệ sản xuất cũng phải nâng cao. Trong cơng nghệ hóa học nói
chung việc sử dụng hóa chất có độ tinh khiết cao là yếu tơ căn bản tạo ra

sản phẩm có chất lượng cao. Có nhiều phương pháp khác nhau đề làm tăng
nồng độ, độ tinh khiết như: chưng cất, cơ đặc, trích ly. Tùy vào tính chất
của hệ mà ta lựa chọn phương pháp thích hợp.

Lê Thị Hiên — Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3. 4

ĐH Cơng nghiệp Hà Nội — Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng

Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG

1.1: LY THUYET VE CHUNG LUYEN:

1.1.1: Phuong phap chung luyén:

Chung luyện là một phương pháp nhằm dé phân tách một hỗn hợp khí
đã hóa lỏng dựa trên độ bay hơi tương đối khác nhau giữa các cấu tử thành
phânở cùng một áp suất.

Phương pháp chưng luyện này là một quá trình trong đó hỗn hợp được
bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần. Ket quả cuôi cùng ở đỉnh tháp ta thu được
một hỗn hợp gồm hầu hết các cấu tử dễ bay hơi và nồng độ đạt yêu câu.
Phương pháp chưng luyện cho hiệu suất phân tách cao, vì vậy nó được sử
dụng nhiều trong thực tế.

Dựa trên các phương pháp chưng luyện liên tục, người ta đưa ra nhiều
thiết bị phân tách đa dạng như tháp chóp, tháp đĩa lỗ khơng có ống chảy
truyền, tháp đĩa lỗ có ơng chảy truyền, tháp đệm... Cùng với các thiết bị ta
có các phương pháp chưng cất là:

a. _ Áp suất làm việc:

- Chung cat ở áp suất thấp.
-_ Chưng cất ở áp suất thường.
- Chung cat 6 4p suat cao.

Nguyén tắc của phương pháp này là dựa trên nhiệt độ sôi của các cầu
tử: nêu nhiệt độ sôi của các câu tử quá cao thì giảm áp suất làm việc để
giảm nhệt độ sơi của các cấu tử.

b. Nguyên lý làm việc: có thể làm việc theo nguyên lý liên tục hoặc
gián đoạn:
e Chưng gián đoạn: phương pháp này được sử dụng khi:
Nhiệt độ sôi của các cầu tử khác xa nhau.

Khơng cần địi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao

Tách hỗn hợp lỏng ra khỏi tạp chất không bay hơi.
Tách sơ bộ hỗn hợp nhiều câu tử.
se Ắ_ Chưng liên tục: là quá trình được thực hiện liên tục nghịch
dòng và nhiêu đoạn.

Lê Thị Hiên — Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3. 5

ĐH Cơng nghiệp Hà Nội — Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng

1.1.2. Thiết bị chưng luyện:

Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp khác nhau nhưng
chúng đêu có một yêu câu cơ bản là diện tích tiếp xúc bê mặt pha lớn.

Tháp chưng cất phong phú về kích cỡ và ứng dựng. Các tháp lớn

thường được sử dụng trong cơng nghệ lọc hóa dâu. Đường kính tháp phụ
thuộc vào lượng pha lỏng và lượng pha khí, độ tỉnh khiết của sản phẩm.
Mỗi loại tháp chưng lại có cấu tạo riêng, có ưu điểm và nhược điểm khác
nhau, vậy ta phải chọn loại tháp nào cho phù hợp với hỗn hợp cau tir can
chưng và tính tồn kích cỡ của thết bị cho phù hợp với yêu cầu.

Trong đồ an nay em duge giao thiét ké tháp chưng luyện liên tục loại
tháp đĩa lỗ có ơng chảy truyền để phân tách hỗn hợp hai câu tử là Nước —
axitpropionic, chế độ là việc ở áp suất thường với hỗn hợp đầu vào ở nhiệt
độ sôi.

1.2.GIOI THIEU VE HON HOP CHUNG LUYEN:

1.2.1.Axit propinic

Axít propinic là một axít cacboxylic có nguồn gốc tự nhiên với cơng
thức hóa học CH;CH;COOH. Ø trạng thái tính khiết và trong điêu kiện
thơng thường, nó là một chât lỏng khơng màu có tính ăn mịn và mùi hăng.

e Lich su:
Axit propinic lan dau tién duoc Johann Gottlieb miéu ta nim 1844.
Ơng là người đã tìm thấy nó trong số các sản phẩm phân hủy của đường.
Trong khoảng thời gian vài năm sau đó, các nhà hóa học khác cũng tạo ra
axít propimic theo các cách khác nhau, nhưng khơng có a1 trong sơ họ nhận
ra răng họ đã tạo ra cùng một hợp chất. Năm 1847, nhà hóa học người Pháp
là Jean-Baptiste Dumas đã chứng minh được tất cá các axít trên đây chỉ là
một hợp chất và ơng gọi nó là axít propinic, lẫy theo tiếng Hy Lap protos=
"đầu tiên" và pion= "béo", do nó là axít với cơng thức tổng qt
H(CH;),COOH nhỏ nhất có các tính chất của một axít béo, chăng hạn như
sự tạo ra một lớp váng mỡ khi bị kết tủa bởi muối và có muối với kali có

tính chất giỗng xà phịng.

e Tính chất:

Axit propinic có các tính chât vật lý trung gian giữa các tính chât của
các axít cacboxylic nhỏ hơn như axít fomic và axít axetic, với các axít béo

Lê Thị Hiên — Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3. 6

ĐH Cơng nghiệp Hà Nội — Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng

lớn hơn. Nó hịa tan trong nước với bắt kì tỉ lệ nào nhưng có thê bị loại ra

khỏi nước băng cách cho thêm muôi.

Phân tử gam: 74,08 g/ml

Tỉ trọng: 0,99 g/cm”

Điểm nóng chảy: -20,7°C

Điểm sơi: 141,1°C

Tính chất hóa học: axít propinic thể hiện các tính chất chung của axít
cacboxylic, và tương tự như phân lớn các axít cacboxylic khác, nó tạo ra
các hợp chất amit, este, anhyđrit và clorua. Nó cũng có thê tham gia phan
ứng halơgen hóa pha alpha với brơm khi có mặt PBr; làm chất xúc tác(

phán ứng HVZ,) dé tao ra CH; CHBrCOOH.

e San xuat:

Trong công nghiệp, axit propinic thơng thường được sản xuất từ phản
ứng ơxI hóa của proplonalđehit băng khơng khí.

HạC——CH;——CHO + 1/20, ——» HạC——CH;——COOH

Phản ứng được tiến hành trong pha lỏng, có mặt các muối của mangan
hoặc coban, xảy ra theo cơ chê gôc chuôi, nhiệt độ 40 — 50°C

Một luong lon axit propionic da tung được san xuất như là phụ phẩm
của việc sản xuất axit axetic, nhung ngày nay thì nó chỉ là một nguồn rất
nhỏ trong sản xuất axit propionic. Nha san xuất lớn nhất thế giới hiện nay
là BASF, với công suất khoảng 80 ktpa.

Axit propioic có thể được sản xuất bằng phương pháp cacbonyl hóa.
Cho anken tác dụng với nước và CO.

Ni(CO), HạC——CHạ——COOH

HạC—CChH;, + CO ¬.”

Axit proplonic cũng được tạo ra theo phương pháp sinh học từ sự phân
hủy do trao đôi chất của các axít béo chứa số lẻ các nguyên tử cacbon, cũng

như từ sự phân hủy của một số axit amin. Cac vi khuẩn thuộc chỉ

Propionibacterium citing tao ra axit propionic nhu 1a san phẩm cuối cùng
trong hoạt động trao đơi chất ky khí của chúng. Các vi khuẩn này được tìm
thay rat phé bién trong dạ dày của các động vật nhai lại, và hoạt động của

chúng là một phân nguyên nhân tạo ra mùi vị của cá pho mát Thụy Sỹ và
mô hôi.

e Ung dung:

Lê Thị Hiên — Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3. 7

ĐH Cơng nghiệp Hà Nội — Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng

Axit propionic ngăn cản sự phát triển của mốc và một số vi khuẩn. Do
vậy, phân Ion axit propionic được sản xuat dé str dung lam chat bao quan
trong công nghiệp thực phẩm. Đối với thức ăn cho gia súc, nó dược sử
dụng hoặc là trực tiếp hoặc dưới dạng muối amoni. Đối với thực phẩm dành
cho con người, đặc biệt là bánh mì và các sản phẩm nướng khác, nó được
dùng dưới dạng các muối natri hay canxi.

AxIt proplomc cũng là một hóa chất trung gian có ích. Nó có thể sử
dụng dé thay đối các sợi xenlulozo tổng hợp. Nó cũng được dùng để sản
xuất một số thuốc trừ sâu và được phẩm. Cac este cua axit propionic d61 khi
được dùng làm dung môi hay các chất tạo mùi nhân tạo.

1.2.2. Nước (H2O)

Nước là một hợp chất hóa học của oxy và hidro, có cơng thức hóa học
là HạO. Với các tính chất lý hóa đặc biệt (ví dụ như tính lưỡng cực, liên kết
hiđrơ và tính bất thường của khối lượng riêng) nước là một chất rất quan
trọng trong nhiều ngành khoa học và trong đời sống: 70% diện tích của Trái
Đất được nước che phủ nhưng chỉ 0,3% tổng lượng nước trên Trái Đất năm
trong các nguồn có thê khai thác dùng làm nước uống.

e© Câu tạo:

Phân tử nước bao gồm hai nguyên tử hidro và một nguyên tử oxy. Về

mặt hình học thì phân tử nước có góc liên kết là 104,45°. Do các cặp điện tử
tự do chiếm nhiều chỗ nên góc này sai lệch đi so với góc lý tưởng của hình

tứ điện. Chiều dài của liên kết O-H là 96,84 picomet.

H

a —fen i H I |
`
a: ỹ aed ˆ ae

se Tính lưỡng cực:
Oxy có độ âm điện cao hơn hidro. Việc cầu tạo thành hình ba góc và
việc tích điện từng phần khác nhau của các nguyên tử đã dẫn đến cực tính
dương ở các nguyên tử hiđrơ và cực tính âm ở ngun tử oxy, gây ra sự
lưỡng cực. Dựa trên hai cặp điện tử đơn độc của ngun tử ơxy, lý thuyết

VSEPR đã giải thích sự sắp xếp thành góc của hai ngun tử hiđrơ, việc tạo
thành mơ men lưỡng cực và vì vậy mà nước có các tính chất đặc biệt. Vì

Lê Thị Hiên — Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3. 8

ĐH Cơng nghiệp Hà Nội — Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng

phân tử nước có tích điện từng phần khác nhau nên một số sóng điện từ

nhất định như sóng cực ngắn có khả năng làm cho các phân tử nước dao
động, dẫn đến việc nước được đun nóng. Hiện tượng này được áp dụng dé
chế tạo lị vi sóng.

e Liên kết hiđrô:
Các phân tử nước tương tác lẫn nhau thơng qua liên kết hiđrơ và nhờ

vậy có lực hút phân tử lớn. Đây không phải là một liên kết bền vững. Liên
kết của các phân tử nước thông qua liên kết hidro chỉ tồn tại trong một phần
nhỏ của một giây, sau đó các phân tử nước tách ra khỏi liên kết này và liên
kết với các phân tử nước khác.

Đường kính nhỏ của ngun tử hidro đóng vai trị quan trọng cho việc
tạo thành các liên kết hidro, bởi vì chỉ có như vậy nguyên tử hidro mới có
thé đến gần nguyên tử oxy một chừng mực đây đủ. Các chất tương đương

của nước, thí dụ như đihidro sulfua (HS), khơng tạo thành các liên kết

tương tự vì hiệu số điện tích quá nhỏ giữa các phần liên kết. Việc tạo chuỗi
của các phân tử nước thông qua liên kết cầu nối hidro là nguyên nhân cho
nhiều tính chất đặc biệt của nước, thí dụ như nước mặc dù có khỗi lượng

mol nhỏ vào khoảng 18 g/mol vẫn ở thể lỏng trong điều kiện tiêu chuẩn.
Ngược lại, HạS tồn tại ở dạng khí cùng ở trong những điều kiện này. Nước
có khối lượng riêng nhỏ nhất ở 4 độ Celcius và nhờ vào đó mà băng đá có

thê nối lên trên mặt nước; hiện tượng này được giải thích nhờ vào liên kết

cầu nối hiđrô

~~ tae: Ơ
‹ếe “SỐ a “*
z a a

e_ Các tính chất hóa lý của nước:

Lê Thị Hiên — Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. 9

ĐH Cơng nghiệp Hà Nội — Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng

Cấu tạo của phân tử nước tạo nên các liên kết hiđrơ giữa các phân tử là
cơ sở cho nhiêu tính chât của nước. Cho đên nay một sơ tính chât của nước
vân cịn là câu đơ cho các nhà nghiên cứu mặc dù nước đã được nghiên cứu
từ lâu.

Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của nước đã được Anders Celsius
dung lam hai diém moc cho d6 bach phan Celcius. Cu thê, nhiệt độ nóng
chảy của nước là 0 độ Celc1us, cịn nhiệt độ sơi (760 mm Hg) băng 100 độ
Celcius. Nước đóng băng được gọi là nước đá. Nước đã hóa hơi được gọi là
hơi nước. Nước có nhiệt độ sơi tương đôi cao nhờ liên kêt hiđrô

Dưới áp suất bình thường nước có khối lượng riêng (tỷ trọng) cao nhất
là ở 4°C: 1 g/cmỶ đó là vì nước vẫn tiếp tục giãn nở khi nhiệt độ giảm
xuống dưới 4°C. Điều này không được quan sát ở bất kỳ một chất nào
khác. Điêu này có nghĩa là: Với nhiệt độ trên 4 °C, nước có đặc tính giơng
mọi vật khác là nóng nở, lạnh co; nhưng với nhiệt độ dưới 4 °C, nước lại
lạnh nở, nóng co. Do hình thê đặc biệt của phân tử nước (với góc liên kêt
104,455), khi bị làm lạnh các phân tử phải dời xa ra đê tạo liên kêt tĩnh thê
lục giác mở. Vì vậy mà tỉ trọng của nước đá nhẹ hơn nước thê lỏng.

Khi đông lạnh dưới 4 °C, các phân tử nước phải dời xa ra để tạo liên
két tinh thé lục giác mở.

Nước là một dung mơi tốt nhờ vào tính lưỡng cực. Các hợp chất phân
cực hoặc có tính Ion như axít, rượu và mi đêu dê tan trong nước. Tính
hịa tan của nước đóng vai trị rât quan trọng trong sinh học vì nhiêu phản
ứng hóa sinh chỉ xây ra trong dung dịch nước.

Nước tinh khiết khơng dẫn điện. Mặc dù vậy, do có tính hịa tan tốt,

nước hay có tạp chât pha lần, thường là các muôi, tạo ra các 1on tự do trong
dung dịch nước cho phép dòng điện chạy qua.

Về mặt hóa học, nước là một chất lưỡng tính, có thé phản ứng như một

axit hay bazơ. Ở 7 pH (trung tính) hàm lượng các ion hydroxyt (OH) cân
băng với hàm lượng của hydronium (H;O”). Khi phản ứng với một axit

mạnh hơn thí dụ như HCI, nước phản ứng như một chât kiêm:

HCI + H;ạO <> HạO" + CT

Với ammonmiac nước lại phản ứng như một axIt:

NH; + H,0 <> NH, + OH

Lê Thị Hiên — Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3. 10

ĐH Cơng nghiệp Hà Nội — Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng
1.3. DAY CHUYEN SAN XUAT

Hình 1.1. Sơ đồ dây chuyền cơng nghê chưng luyện liên tục

©

Lê Thị Hiên — Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3. II

ĐH Cơng nghiệp Hà Nội — Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng

CHÚ THÍCH: 7. Thiết bị làm lạnh sản phẩm
1. Thùng chứa hỗn hợp đầu
đỉnh
2. Bơm 8. Thùng chứa sản phẩm đỉnh

3. Thùng cao vị 9. Thiết bị gia nhiệt đáy tháp

4. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp 10. Thùng chứa sản phẩm đáy
dau
11. Thiết bị tháo nước ngưng
5. Tháp chưng luyện

6. Thiết bị ngưng tụ hồi lưu

THUYET MINH:
Dung dịch đầu ở thùng (1) được bơm (2) bơm liên tục lên thùng cao vị
(3), mức chất lỏng cao nhất ở thùng cao vị được không chế nhờ ống chảy

tràn, từ thùng cao vị dung dịch được đưa vào thiết bị đun nóng (4) qua lưu
lượng kế (11), ở đây dung dịch được đun nóng đến nhiệt độ sơi băng hơi
nước bão hồ, từ thiết bi gia nhiệt (4) dung dịch được đưa vào tháp chung

luyện (Š) nhờ đĩa tiếp liệu, trong tháp hơi đi từ dưới lên gặp: chất nóng đi từ
trên xuống, nhiệt độ và nông độ các cầu tử thay đơi theo chiêu cao của tháp.
Vì vậy hơi từ đĩa phía dưới lên đĩa phía trên, các cấu tử có nhiệt độ sôi cao
sẽ được ngưng tụ lại và cuỗi cùng trên đỉnh ta thu được hỗn hợp gồm hầu

hết các câu tử đễ bay hơi. Hơi đó đi vào thiết bị ngưng tụ hồi lưu (6), ở đây

nó được ngưng tụ lại.

Một phân chat lỏng đi qua thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh đến nhiệt

độ cân thiết rôi đi vào thùng chứa sản phâm đỉnh (8), một phân khác hôi lưu
vệ tháp ở đĩa trên cùng.

Chất lỏng đi từ trên xuống gặp hơi có nhiệt độ cao hơn, một phần cầu
tử có nhiệt độ sơi thấp được bốc hơi và do đó nơng độ cấu tử khó bay hơi
trong chất lỏng ngày càng tăng và cuối cùng ở đáy tháp ta thu dược hỗn hợp
lỏng gom hầu hết là cấu tử khó bay hơi. Chất lỏng đi ra khỏi tháp được làm
lạnh rồi đi vào thùng chứa sản phẩm đáy (10). Như vậy với thiết bị làm việc
liên tục thì hỗn hợp đầu được đưa vào liên tục và sản phẩm cũng được tháo
ra liên tục.

Lê Thị Hiên — Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3. 12

ĐH Cơng nghiệp Hà Nội — Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng

Chương 2: TĨNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH

2.1. TINH TOAN CAN BANG VAT LIEU TOAN THIET BI:

e Ki hiéu cac dai luong nhu sau:

F : luong nguyén liéu dau (kmol/h)

P : lượng sản phẩm đỉnh (kmol/h)

W: lượng sản phẩm đáy (kmol/h)

xr: nồng độ phân mol của câu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp dau

xp: nồng độ phan mol của câu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đỉnh

xự: nồng độ phần mol của câu tử dễ bay hơi trong sản pham day

e Giả thiết:

+ Số mol pha hơi đi từ đưới lên là bằng nhau trong tất cả mọi tiết điện
của tháp.

+ Số mol chất lỏng không thay đôi theo chiều cao đoạn chưng và đoạn
luyện.

+ Hỗn hợp đầu đi vào tháp ở nhiệt độ sôi.

_ + Chất lỏng ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ có thành phần bằng thành
phân của hơi đi ra ở đỉnh tháp.

+ Cấp nhiệt ở đáy tháp băng hơi đốt gián tiếp.
e Yêu Câu thiết bị:

F: Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp dau =15(tan/gid)

Thiết bị làm việc ở áp suất thường (P = I at)

Tháp chưng loại: tháp đĩa lỗ có ơng chảy chuyền

e Điều kiện:
az : Nông độ nước trong hỗn hợp đầu = 0,28 (phần khối lượng)
ap: Nông độ nước trong sản phẩm đỉnh = 0.80 (phần khối lượng)
aw: Nông độ nước trong sản phẩm đáy = 0,02 (phân khối lượng)
Mạ: Khối lượng phân tử của nước = 18 (kg/kmol)
Mạ: Khỗi lượng phân tử của axit propinic = 74 (kg/kmol)

Lê Thị Hiên — Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3. 13

ĐH Cơng nghiệp Hà Nội — Khoa CN Hóa Đồ án hóa công

e_ Đối từ phần khối lượng sang phan mol:

ap/M, 28/18
Xr = 7 /M+(100-a)/My ~ 28718 + 72/74 — 29492 (phan mol)
- ap/M, — 80/18 — .
*P— G/M, + (100-ap)/Mz 80/18 + 20/72 29426 (phan mol)
ay / My 2/18
XW =2 My + (100-ay)/Mz 2/18 + 98/74 9774 (phan mol)

e Tính khối lượng mol trung bình:

Áp dụng công thức: Ä⁄ = x.Ä⁄ + (1 - x). My

Ta có :

Mr = 0,6152.18 + (1 - 0,6152).74 = 39,5488 (kg / kmol)

Mp = 0,94267.18 + (1 - 0,94267).74 = 21,21 (kg / kmol)

My = 0,0774.18 + (1 - 0,0774).74 = 69,6656 (kg/kmol)

2.1.1.Can bang vật liệu

Hỗn hợp đầu vào F (nước — axit propionic) được phân tách thành sản
phâm đỉnh P (nước), và sản phâm đáy W (axit propionic). O dia trên cùng
có l lượng lỏng hơi lưu, ở đáy tháp có thiệt bị đun sôi. Lượng hơi đi ra đỉnh
tháp Dạ.

Hình 2.1. Sơ đồ hệ thơng chưng

D,yo

F„Xx | Dp | Lo Px

W xw

Lê Thị Hiên — Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3. 14

ĐH Cơng nghiệp Hà Nội — Khoa CN Hóa Đơ án hóa cơng

Phương trình cần bằng vật liệu:

Gr =Gp+Gy

Trong do:

- Gr 1a lugng hon hop dau di vao thap (kg / h)
- Gp là lượng sản phẩm đỉnh (kg / h)

- Gự là lượng sản phẩm đáy (kg/h)

Phương trình cân bằng vật liệu cho câu tử dé bay hoi (HO):

Œp.đr = Gp.ap + Gy.ayw

Theo dé bai:

Lượng hỗn hợp đầu:

Œpp=_= 15.1910 10 ((k81g1) /h)== 3615514808 _ 379,,378 (kmol me /h)

Luong san pham dinh:

_ Ar-ay _ 3 0,26 - 0,02 -
Œp =Œp. dp-ay 15.10. 080-002" 3000 (kg/h)

_ — 3000 |
=>Gp= 2121" 235,737 (kmo/lh)

Luong san pham day:

_ Ap- ar —_ 3 0,80 - 0,28 _
Gy =F. ap - ap =15.10°.
080-002" 10000 (kg/h)

_ _ 10000 |
=> Gy = 69,6656 ~ 143,543 (kmo/lh)

2.1.2.Tính chỉ số hồi lưu tối thiểu

Từ số liệu báng IX.2a (Số tay QT&TBCNHC-2 trang 148) ta có thành

phân cân băng lỏng hơi của nước - axitpropionic được cho theo bang sau

x |0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

y |0 22 37 545 | 66 74,9 | 80,5 | 84,4 | 87,5 | 90,3 | 93,2 | 100

t | 141,4 | 117,2 | 109,0 | 104,2 | 102,2 | 101,1 | 100,4 | 100,0 | 99,7 | 99,1 | 99,6 | 100

Tu bang số liệu trên ta vẽ được đồ thị y - X, từ đó xác định được chỉ số hơi
lưu tơi thiêu:

Lê Thị Hiên — Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3. 15

ĐH Cơng nghiệp Hà Nội — Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng

B max

XF Xw

Hình 2.2. Đồ thị y — x xác định số đĩa lý thuyết

Với giá trị xy = 0,6152 ta kẻ đường song song với trục y và cắt đường

cân băng, từ đó ta kẻ đường song song với trục x cắt trục y tại B và ta xác
định được giá trị y r= 0,848956. Tt do ta tinh duoc Ryin:

_ = XP-YF. = 0,94267 - 0,2 848956 =

Rin Yr- XE 0,848956 - 0,6152 0,4009

Lê Thị Hiên — Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. 16

ĐH Cơng nghiệp Hà Nội — Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng

2.1.3.Tính chỉ số hồi lưu thích hợp

__ Chỉ số hơi lưu làm việc thường được xác định thông qua chỉ số hồi lưu
tơi thiêu: R=/.R„

Trong đó: Ð: hệ số dư hay hệ số hiệu chỉnh.

Tính gần đúng ta lẫy chỉ số hồi lưu làm việc bằng:

R=(1,2+2,5).R.,,

Ta biét Rain, cho B bién thién bat ki trong khoang (1,2:2,5), tính được
R tương ứng. Ở mỗi R tương ứng ta vẽ đường làm việc và vẽ các bậc thay
đôi nông độ lý thuyết N.

Dưới đây là các đô thị xác định sô đĩa lí thuyêt trên cơ sở đường cân
băng, x;, x„, x„. Đường làm việc đoạn luyện đi qua diém (x,,y,) va cat

trục tung tại điểm có tung độ B = Xp đường làm việc đoạn chưng đi qua

R+1?’

giao điểm của đường làm việc đoạn luyện với duoéng x, =const va điểm

(x„, y„). Vẽ các tam giác như hình ta thu được số đĩa lý thuyết.

Lê Thị Hiên — Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. 17

ĐH Cơng nghiệp Hà Nội — Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng

Xw XF Xp

B, = 1,2; R= B.Rain = 0,48108; B = 0,63647; N = 24
Hình 2.3. Đồ thị y — x xác định số đĩa lý thuyết

Lê Thị Hiên — Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3.

ĐH Cơng nghiệp Hà Nội — Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng

Bs

Xw Xr Xp

B = 1,6; Rạ = RminB = 0,64144; B = 0,57429; N = 13
Hình 2.4. Đồ thị y — x xác định số đĩa lý thuyết

Lê Thị Hiên — Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3. 19

ĐH Cơng nghiệp Hà Nội — Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng

nala. =cE.

Ỹ

XE Xp

B = 1,8; Rụ = 0,72162; B; = 0,54755;N = II
Hình 2.5. Đồ thị y — x xác định số đĩa lý thuyết

Lê Thị Hiên — Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. 20