đề tài thiết kế tháp chưng cất dạng tháp mâm chóp cho hệ clorofom benzene

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (9.19 MB, 138 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠNG NGH Ệ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM B MƠN CƠNG NGH K THU T HĨA HỘỆ ỸẬỌC

------

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN H C MÁY VÀ THI T B ỌẾỊGiáo viên hướng dẫn: TS. Trần Th Nhung ị

H và tên sinh viên th c hi n: ọựệ Nguy n Thễ ị Ngọc Liên MSSV: 19128043

Ngành: Cơng nghệ k thu t hóa h c ỹậọ

1. Tên đồ án: THI T K ẾẾ THÁP CHƯNG CẤT DẠNG CHÓP ĐĨA (MÂM CHÓP) CHO HỆ CLOROFOM BENZEN – E.

2. Nhi m v cệụ ủa đồ án: Tính tốn cân b ng v t ch t, cân bằ ậ ấ ằng năng lượng, tính tốn thiết kế h ệ thống, thi t b ế ị chính và phụ.

3. Các s ố liệu ban đầu

+ Năng suất nh p li u: ậ ệ GF= 6000 (kg/h)

+ Nồng độ nhập liệu (tính theo Clorofom): xF= 0,3 (mol/mol) + Độ thu hồi sản phẩm đáy: 98%

4. Yêu cầu về phần thuy t minh và tính tốn ế

+ Giới thi u vệ ề chưng cất, các phương pháp và thiết bị chưng cất, các tính ch t trong ấ h . ệ

+ Thuy t minh quy trình cơng ngh h ế ệ ệ thống chưng cất.

+ Tính tốn cân bằng vật ch t, cân bấ ằng năng lượng của hệ chưng cấ t. + Tính tốn các thông số công nghệ ủa tháp chưng cất. c

+ Tính cơ khí của tháp chưng cất (bề dày, mặt bích, bulong,…).

6. Yêu c u khác: ầ Thực hiện và hoàn thành đồ án đúng tiến độ. 7. Ngày giao nhi m v án: ệụ đồ 08/03/2022

8. Ngày hoàn thành đồ án: 22/06/2022

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

KHOA CÔNG NGH HĨA HỆỌC – THỰC PH M Ẩ

BỘ MƠN CƠNG NGH HÓA H C ỆỌ

PHIẾU ĐÁNH GIÁ C A GIÁO ỦVIÊN HƯỚNG DẪN

MÔN HỌC: ĐỒ ÁN MÁY THI T B - H C KÌ 2 ẾỊỌ– NĂM HỌC 2021 2022 –

MÃ MÔN H C: PWPD322703 Ọ1. Giáo viên hướng dẫn: TS. Trần Th Nhung ị

2. Sinh viên th c hiựện: Nguy n Th ễ ị Ngọc Liên 3. MSSV: 19128043

4. Tên đề tài: Thi t kế ế tháp ch ng c t d ng chóp a (mâm chóp) cho h Clorofom ư ấ ạ đĩ ệ –

1 Xác định được đối tượng và yêu cầu thiết kế 0 1,0 – 2 L p qui trình cơng nghậ ệ và tính tốn được các chi ti t thi t bế ế 0 2,5 – 3 Đánh giá được sự phù hợp, điểm mạnh, yếu của thiết kế 0 0,75 – 4 Lập được k ho ch tri n khai th c hi n thi t k ế ạ ể ự ệ ế ế 0 0,75 – 5 Lập được b ng v v i ph n m m chuyên dả ẽ ớ ầ ề ụng 0 2,5 – 6 Hoàn thành thuy t minh thi t k ế ế ế đầy đủ, chính xác và logic 0 1,0 – 7 Hoành thành trách nhi m cá nhân trong nhóm ệ 0 0,75 – 8 Thực hiện đúng kế hoạch công việc được GV giao 0 0,75 –

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

KHOA CƠNG NGH HĨA HỆỌC – THỰC PH M Ẩ

BỘ MƠN CƠNG NGH HĨA HỆỌC

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO

MÔN HỌC: ĐỒ ÁN MÁY THI T B - H C KÌ 2 ẾỊỌ– NĂM HỌC 2021 2022 –

MÃ MÔN H C: PWPD322703 Ọ

1. Giáo viên ph n biảện: ...

2. Sinh viên th c hiựện: Nguy n Th ễ ị Ngọc Liên 3. MSSV: 19128043 4. Tên đề tài: thi t k áp ch ng c t d ng chóp a (mâm chóp) cho hế ế th ư ấ ạ đĩ ệ Clorofom Benzene.– 3 Hoàn thành thuy t minh thi t k ế ế ế đầy đủ, chính xác và logic 0 1,0 – 4 Trình bày được những nội dung cốt lõi của đồ án 0 1,0 – 5 Trả lời được các câu hỏi ph n bi n ả ệ 0 3,0 –

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

L I CỜẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn ự hướs ng d n t n tình cẫ ậ ủa Cơ Tr n Thầ ị Nhung, nh có s ờ ự chỉ dạy c a cơ mà em có thủ ể hoàn thành đồ án thi t kế ế thiết b máy hóa ch mị ất ột cách tốt nh t. ấ

Em cũng xin chân thành cảm ơn t t c quý Thấ ả ầy Cơ trong B mơn Cơng ngh Hóa h c, ộ ệ ọ Trường Đại học Sư phạm K ỹ thuật Thành ph H Chí Minh ố ồ đã giảng d y, cung c p cho ạ ấ em nhi u ki n thề ế ức qua các bộ mơn ềv các q trình truy n kh i, truy n nhi t và các ề ố ề ệ ki n thế ức liên quan đến thi t b . ế ị Những hành trang này đã giúp em có được n n t ng ề ả ki n thế ức vững chắc đ có thểể hồn thành t t án mơn hố đồ ọc.

Đồ án thi t k ế ế thiết b ịchưng cất dạng chóp đĩa của em cịn nhi u sai sót do nhi u ngun ề ề nhân chủ quan cũng như khách quan về khả năng và kinh nghiệm th c t nên em ự ế chưa thể phân tích, tính tốn và đánh giá một cách chính xác và đúng mức các quy định. Tuy nhiên, nh sờ ự hướng dẫn đầy đủ và k p th i t cô mà thông qua môn h c em h c hị ờ ừ ọ ọ ỏi được nhiều kiến thức b ích mang lại nhiều kinh nghiổ ệm để có thể tính tốn và thiết kế hồn ch nh mỉ ột thi t bế ị công nghiệp trong tương lai.

Em xin g i l i cử ờ ảm ơn đến gi ng viên ph n biả ả ện đồ án c a em, củ ảm ơn quý Thầy Cô đã dành thời gian để xem xét và giúp em nhìn nh n ra nh ng ch ậ ữ ỗ thiếu sót trong đồ án mơn học. Kính mong q Th y Cơ có th góp ý, ch d y thêm ầ ể ỉ ạ để em có thể hồn thành đồ án m t cách tộ ốt nhất.

Em xin chân thành cảm ơn.

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ ... 10

2.1. Bản vẽ sơ đồ quy trình cơng ngh ... 10ệ 2.2. Thuyết minh quy trình ... 11

3.4. Phương trình đường làm vi c và s mâm lí thuy t ... 15ệốế 3.4.1. Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất. ... 15

3.4.2. Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng ... 15

4.1.2. Chiều cao tháp mâm chóp ... 31

4.1.2.1. Chiều cao c a thân tháp ... 31ủ 4.1.2.2. Chiều cao của đáp, nắp ... 31

4.1.3. Mâm chóp - trở ự l c mâm chóp ... 31

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

4.4.2.3. Đường kính ống dẫn đường sản phẩm đáy ... 47

4.4.2.4. Đường kính ống dẫn hơi từ ồi đun qua tháp n ... 48

4.4.2.5. ng dỐẫn hoàn lưu ... 48

4.4.3. Bích để nối các ống dẫn ... 49

4.5. Tai treo, chân đỡ ... 50

4.5.1. Tính sơ bộ khối lượng của tồn tháp ... 50

4.5.2. Tính chân đỡ tháp ... 53

4.5.3. Tính tai treo tháp ... 55

4.6. Tính l p cách nhi t ... 55ớệCHƯƠNG 5: TÍNH THIẾT BỊ PHỤ ... 57

5.1. Cân b ng nhiằệt lượng ... 57

5.1.1. Cân b ng nhiằ ệt lượng cho thiết bị ngưng tụ ... 57

5.1.2. Cân b ng nhiằ ệt lượng cho thi t b gia nhi t dòng nh p liế ị ệ ậ ệu đến nhiệt độ sôi . 57 5.1.3. Cân b ng nhiằ ệt lượng cho thiết bị làm nguội sản phẩm đáy ... 58

5.1.4. Cân b ng nhiằ ệt lượng cho thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh ... 59

5.1.5. Nhiệt lượng cung c p cho nấ ồi đun ở đáy tháp ... 60

5.2.2. Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh... 70

5.2.2.1 Xác định hệ số truyền nhiệt thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh ... 72

5.2.2.2. Hi u s nhiệốệt độ trung bình logarit ... 72

5.2.2.3. H s ệ ố truyền nhiệt K ... 72

5.2.2.4. B m t truy n nhi t trung bình ... 77ềặềệ 5.2.3. Thiết bị gia nhiệt nhập li u ... 78ệ 5.2.3.1. Suất lượng hơi nước cần dùng để gia nhiệt dòng nhập li u. ... 79ệ 5.2.3.2. Hi u s nhiệốệt độ trung bình logarit ... 80

5.2.3.3. H s ệ ố truyền nhiệt K ... 80

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

5.2.3.4. B m t truy n nhi t trung bình ... 84ềặềệ

5.2.4. Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy ... 86

5.2.4.1. Suất lượng nước cần dùng để làm nguội sản phẩm đáy ... 87

5.2.4.2. Hi u s nhiệốệt độ trung bình logarit ... 87

5.2.4.3. H s ệ ố truyền nhiệt K ... 88

5.2.4.4. B m t truy n nhiềặềệt trung bình ... 93

5.2.5. Nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy ... 95

5.3.1.1. T n thổất đường ng d n t b n ch a nguyên liốẫừ ồứệu đến b n cao v ... 103ồị 5.3.1.2. T n thổất đường ng dốẫn đoạn qua thiết bị đun sôi nhập li u ... 106ệ 5.3.2. Chi u cao b n cao v ... 109ề ồ ị

DANH MỤC TÀI LI U THAM KH O ... 123ỆẢPHỤ L C 1: TÍNH KHỤỐI LƯ NG VẬT TƯ VÀ CHI PHÍỢ ... 124

PHỤ LỤC 2: BẢNG TĨM T T CÁC KÍ HI U ... 127ẮỆ

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1. 1. So sánh ưu nhược điểm các loại tháp thường dùng ... 5

B ng 1. 2. Thành ph n cân b ng l ng ả ầ ằ ỏ – hơi và nhiệt độ sôi của hỗn h p ... 8 ợ 1 B ng 3. 1. B ng giá trả ả ị xD ừt 0,9 - 0,99 ... 14

1 B ng 4. 1. Thơng s ả ố kích thước bích ghép thân với đáy và nắp ... 45

B ng 4. 2. Thơng s ả ố kích thước bích nối các ống d n ... 50 ẫ B ng 4. 3. ả Thơng số kích thước đệm bít kín bích nối ống dẫn ... 50

B ng 4. 4. ả Thơng số kích thước chân đỡ ... 54

B ng 4. 5. ả Thơng số kích thước tai treo ... 55

1 B ng 5. 1. ả Kết quả tính tốn thiết bị ngưng tụ ... 70

B ng 5. 2. ả Kết quả tính tốn thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh ... 78

B ng 5. 3. ả Kết quả tính tốn thiết bị gia nhiệt nhập liệu ... 85

B ng 5. 4. ả Kết quả tính tốn thiết bị làm nguội sản phẩm đáy ... 95

B ng 5. 5. Kả ết quả tính tốn thi t b gia nhiế ị ệt sản phẩm đáy ... 102

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

DANH MỤC HÌNH

Hình 1. 1. Mơ hình tháp chưng cất mâm chóp ... 6 Hình 1. 2. Giản đồ tỉ lệ lỏng – hơi của hệ Clorofom - Benzen theo nhiệt độ ... 9 Hình 1. 3. Giản đồ ỉ ệ t l Clorofom trong pha l ng theo t l Clorofom ỏ ỉ ệ trong pha hơi hệ Clorofom - Benzen ... 9

Hình 3. 1. Đồ bi u di n s mâm lí thuy t ... 16 thị ể ễ ố ế Hình 3. 2. Hình phóng to s ố đĩa lý thuyết đoạn chưng ... 16 Hình 3. 3. Hình phóng to s ố đĩa lý thuyết đoạn c t ... 17 ấ Hình 3. 4. Đồ bi u di n hi u su t trung bình cthị ể ễ ệ ấ ủa thiết b ... 19 ị

Hình 4. 1. Xác định lượng hơi trung bình đi trong tháp chưng luyện ... 22 Hình 4. 2. Hệ s ố hiệu ch nh cho suỉ ất lượng pha khí... 38 Hình 4. 3. Hình minh họa các bích nối thân ... 45 Hình 4. 4. Hình minh họa bích nối các ng d n ... 49 ố ẫ Hình 4. 5. Hình minh họa chân đỡ tháp chưng cất ... 54 Hình 4. 6. Hình minh họa tai treo thiết bị chưng cất ... 55

Hình 5. 1. Nồi đun Kettle ... 95

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

L I M ỜỞ ĐẦU

Đố ới v i ngành cơng nghệ k thuật hóa hỹ ọc nước ta nói riêng và ngành cơng nghệ k ỹ thuật hóa h c th giọ ế ới nói chung, đặc ệbi t là ngành hóa chất cơ bản. Nhu c u v ầ ề độ tinh khiết của hóa ch t ngày càng cao, ph i phù h p v i quy trình s n xuấ ả ợ ớ ả ất hoặc nhu c u s ầ ử d ng. ụ

Chúng ta đang sống trong thế giới với khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển. Trong ngành công ngh v t li u m i không th không nhệ ậ ệ ớ ể ắc đến ngành công nghi p hóa hệ ọc, b i cơng ngh hố thuở ệ ộc lĩnh vực cơng nghệ địi hỏ ỹi k thu t cao, mậ ức độ phát triển công nghệ này được coi như một chỉ thị v ề trình độ phát triển của một đ t nưấ ớc. Nhận th y rõ s phát triấ ự ển như vũ bão của ngành Cơng ngh Kệ ỹ thuật Hóa h c, v i lọ ớ ối tư duy nhạy bén và sáng tạo, khoa Cơng nghệ Hóa học và Thực phẩm Trường Đại học Sư phạm K ỹ thuật Thành ph H ố ồ Chí Minh đã đào tạo ra nh ng sinh viên chuyên ngành ữ Hóa. Điều đó khơng chỉ cung cấp cho đất nước đội ngũ những công nhân lành nghề, thợ kỹ thu t có tay ngh cao mà nó cịn mậ ề ở cơ hội vi c làm cho gi i trệ ớ ẻ trong lĩnh vực khá m i m này. ớ ẻ

Là m t sinh viên khoa Cơng Ngh Hóa h c và Th c phộ ệ ọ ự ẩm, em được trang b r t nhiị ấ ều ki n thế ức cơ bản v các quá trình thi t b c a công ngh s n xu t nh ng s n ph m hóa ề ế ị ủ ệ ả ấ ữ ả ẩ h c. Nhọ ận được bản đồ án này là một cơ hộ ốt để em đượi t c tìm hi u v các q trình ể ề cơng nghệ, được vận d ng nh ng kiụ ữ ến thức đã được học và m r ng v n kiở ộ ố ến thức của mình, t ừ đó giúp em có cái nhìn cụ thể hơn về nghành nghề mình đã lựa chọn. Cơng ngh Kệ ỹ thuật Hóa h c là m t ngành gi v trí, vai trị quan tr ng trong vi c sọ ộ ữ ị ọ ệ ản xu t ph c v cho nhiấ ụ ụ ều lĩnh vực, cho m i nghành kinh t qu c dân, t o tiọ ế ố ạ ền đề cho nhiều ngành phát tri n theo. V i nhiể ớ ều phương pháp sản xuất khác nhau như lắng, lọc, đun nóng, làm nguội, chưng luyện, hấp th , h p ph , trích ly, sụ ấ ụ ấy khô, đông lạnh…đã tạo ra rất nhiều s n phả ẩm đa dạng, phong phú đáp ứng nhu c u ngày càng l n cầ ớ ủa con người. Đặc biệt được ứng dụng nhiều nhất là chưng luyện, nó được ứng d ng trong nhiều ụ ngành, lĩnh vực, đặc biệt là công nghệ lên men, cơng nghệ tổng hợp hữu cơ, lọc - hóa d u, công ngh sinh hầ ệ ọc...

Đối v i h Clorofom ớ ệ – Benzene là 2 c u t tan hoàn toàn vào nhau. Tùy t l thành phấ ử ỉ ệ ần cấu t có trong h n h p mà có nhiử ỗ ợ ệt độ sơi khác nhau nên phương pháp tối ưu để tách

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

h n hỗ ợp trên là phương pháp chưng cất. Mà c ụ thể trong đồ án này, nhóm em s nghiên ẽ cứu thiết kế máy thiết b ị chưng cất dạng mâm chóp.

Đồ án mơn h c q trình thiết bị là m t mơn h c mang tính t ng hợp trong quá trình ọ ộ ọ ổ h c t p c a kọ ậ ủ ỹ sư hóa học tương lai. Môn học giúp sinh viên gi i quy t nhi m v tính ả ế ệ ụ toán c ụ thể v : yêu c u công ngh , k t c u, giá thành c a m t thi t b trong s n xu t hóa ề ầ ệ ế ấ ủ ộ ế ị ả ấ chất – thực phẩm. Đây là bước đầu tiên để sinh viên vận d ng nh ng kiụ ữ ến thức đã học của nhiều môn h c và giọ ải quyết vấn đề ỹ k thuật m t cách t ng h p. ộ ổ ợ

Nhiệm v cụ ủa đồ án môn h c là thi t kọ ế ế tháp chưng cất chóp đĩa cho hệ hai c u t ấ ử Clorofom Benzene ho– ạt động liên t c vụ ới năng suất: 6 t n/h, nấ ồng độ đầu nh p li u ậ ệ (theo cấu t Clorofomử ) là 30% mol/mol, độ thu hồi (theo cấu t Benzenử ) là 98%.

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Lý thuyết về chưng cất

1.1.1. Khái niệm

Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của hỗn hợp lỏng cũng như hỗn hợp khí l ng thành các c u t riêng bi t dỏ ấ ử ệ ựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp (nghĩa là khi ở cùng nhiệt độ, áp suất hơi bão hoà của các c u t khác nhau). ấ ử Khi chưng cất ta thu được nhiều cấu tử và thường thì bao nhiêu cấu tử sẽ thu được bấy nhiêu s n ph m. N u xét h ả ẩ ế ệ đơn giản ch có 2 c u t ỉ ấ ử thì ta sẽ thu được 2 sản phẩm.

S n phả ẩm đỉnh ch y u g m c u tủ ế ồ ấ ử có độ bay hơi lớn (nhiệt độ sôi nhỏ) S n phả ẩm đáy chủ ế y u g m c u t ồ ấ ử có độ bay hơi nhỏ (nhiệt độ sôi lớn) Đối với hệ Clorofom Benzen: –

S n phả ẩm đỉnh ch y u gủ ế ồm Clorofom và m t ít Benzen. ộ S n phả ẩm đáy chủ ế y u là Benzen và một ít Clorofom.

Chưng cất và cô đặc khá giống nhau, tuy nhiên sự khác nhau căn bản nhất của 2 quá trình này là trong quá trình chưng cất dung môi và chất tan đều bay hơi (nghĩa là các cấu t ử đều hiện di n trong c ệ ả hai pha nhưng với tỷ l khác nhau), cịn trong q trình cơ ệ đặc thì ch ỉcó dung mơi bay hơi cịn chất tan không bay hơi.

1.1.2. Phương pháp chưng cất

Dựa vào trình độ cơng ngh và khoa h c, hóa h c hi n nay, có bệ ọ ọ ệ ốn phương pháp chưng cất ph biổ ến. Mỗi phương pháp đều có tính chất và đặc trưng riêng, dùng trong những trường h p khác nhau, bao gồm: ợ

- Chưng cất đơn

+ Dùng để tách các chất lỏng tương đối tinh khiết có độ chênh l ch nhiệ ệt độ sơi l n. ớ + Thường được ứng dụng trong trường h p chợ ất được tách không tan vào nướ c.

- Chưng cất phân đoạn

+ Thường dùng để hỗn hợp các cấu tử có nhiệt độ sơi chênh lệch nhau không nhiều. + S phân tách các cự ấu t ử trải qua nhi u lề ần bay hơi ngưng tụ theo nhiệt độ ủ c a t ng t ừ ỉ l ệ thành phần c a các c u t ủ ấ ử trong hỗn h p. ợ

- Chưng cất áp suất thấp (chưng cất chân không)

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

+ Chưng cất ở áp su t th p dùng cho h p ch t ch a các c u t d b phân h y ho c biấ ấ ợ ấ ứ ấ ử ễ ị ủ ặ ến tính ở nhiệt độ cao.

+ Hoặc trường h p nhiợ ệt độ sôi của cấu t quá cao. ử

Ở áp suất th p nhiấ ệt độ sôi, nhiệt độ bay hơi của các cấu tử và hỗn hợp thấp hơn ở áp suất thường, đảm bảo được các yêu c u trên. ầ ở

- Chưng cất áp suất cao

+ Dùng cho hỗn h p c u t khơng hóa l ng ợ ấ ử ỏ ở áp suất thường. 1.1.3. Nguyên t c làm vi c ắệ

+ Pha lỏng đi từ trên xu ng có nố ồng độ ấ c u t d ử ễ bay hơi giảm d n. ầ + Pha khí đi từ dưới lên có nồng độ cấu tử dễ bay hơi tăng dần.

+ Nồng độ các c u t ấ ử thay đổi theo chi u cao c a tháp, nhiề ủ ệt độ sôi cũng thay đổi tương ứng với s ựthay đổi nồng độ.

+ Trên mỗi đĩa xảy ra quá trình truy n kh i gi a pha lề ố ữ ỏng và pha hơi. Dẫn đến m t phộ ần cấu t chuyử ển t ừ hơi sang lỏng. Quá trình bốc hơi và ngưng tụ ặp l i nhi l ạ ều lần. Cu ối cùng ở đỉnh tháp ta thu được cấu t dử ễ bay hơi tinh khiết nhất có thể và tương tự đáy ở tháp ta thu được cấu tử khó bay hơi tinh khiết nhất có thể.

1.1.4. Thiết bị chưng cất

Trong s n xuả ất thường s d ng r t nhi u lo i tháp, ử ụ ấ ề ạ chúng đều có m t yêu cộ ầu cơ bản là di n tích b mệ ề ặ ết ti p xúc pha ph i lả ớn, điều này ph thuụ ộc vào độ phân tán của lưu chất này vào lưu chất kia.

Tháp chưng cấ ất phong phú và đa dạt r ng về kích cỡ và ứng dụng, các tháp lớn nhất thường được ứng dụng trong cơng nghiệp lọc hóa dầu.

Kích thước của tháp phụ thuộc vào chất lượng pha lỏng, pha hơi của tháp và độ tinh khiết cuả ả s n phẩm. Ta so sánh ưu nhược điểm c a m t s ủ ộ ố loại tháp thường dùng:

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

Bảng 1. 1. So sánh ưu nhược điểm các lo i ạ tháp thường dùng tăng năng suất thì hi u ứng ệ thành tăng khó tăng năng

Nhận xét: t ừ các ưu nhược điểm trên. Ta nh n thậ ấy, tháp chưng cất mâm chóp phù hợp để phân tách hệ Clorofom - Benzene. Ngoài ra, ch n tháp mâm chóp và tiến hành tính ọ tốn thi t kế ế cho đồ án vì tháp mâm chóp thích h p cho thi t b hoợ ế ị ạt động dài lâu và độổn định cao.

1.1.5. Tháp mâm chóp

Tháp mâm g m thân tháp hình tr , thồ ụ ẳng đứng, bên trong có gắn các mâm mà trên đó pha lỏng và pha hơi được cho ti p xúc v i nhau. Ch t lế ớ ấ ỏng đi vào tháp ở đỉnh ho c t i ặ ạ một mâm nào đó thích hợp và ch y xu ng nh trong l c qua m i mâm b ng ng ch y ả ố ờ ự ỗ ằ ố ả chuyền. Pha hơi đi từ dưới lên qua m i mâm bỗ ằng cách đi qua các chóp được g n trên ắ mâm.

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

Hình 1. 1. Mơ hình tháp chưng cất mâm chóp 1.2. Giới thiệu v nguyên liềệu

1.2.1. Clorofom

Là ch t lấ ỏng linh động không màu, vị hơi ngọt, ts = 61,15 C, o không tan trong nước, tan trong h u h t các dung môi hầ ế ữu cơ. Clorofom không cháy và cũng không tạo h n h p n ỗ ợ ổ v i khơng khí. Là chớ ất đầu để ổ t ng h p freon; dùng làm dung mơi. Clorofom có tác d ng ợ ụ làm buồn ng ủ và gây mê, nhưng vì độc nên khơng được dùng trong giải phẫu.

Trước đây, Clorofom được sử dụng chủ yếu để tổng hợp chất làm lạnh R-22 cho máy điều hịa khơng khí. Tuy nhiên, vì R-22 gây ra s suy gi m ozon nên Clorofom gự ả ần như ít s d ng cho mử ụ ục đích này. Hiện nay, Clorofom là m t dung mơi ph bi n vì nó khá ộ ổ ế trơ, trộn hợp với hầu hết các ch t lỏng hấ ữu cơ, và dễ bay hơi.

Dung môi s n xu t thuđể ả ấ ốc nhuộm và thu c tr ố ừ sâu.

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

Clorofom chứ dơtơria (hydro n ng), CDCl , là dung môi ph bi n cho ặ 3 ổ ế phương pháp đo phổ ộng hưở c ng từ hạt nhân (NMR).

c) Điều chế

Trong công nghiệp, người ta điều ch Clorofom bế ằng cách đốt nóng h n h p clo và ỗ ợ clometan hay metan. nhiỞ ệt độ 400-500 C pho ản ứng halogen hóa g c t do di n ra ố ự ễ chuy n metan hay clorometan d n d n thành các h p chể ầ ầ ợ ất clo hóa.

Hỗn h p s n ph m sau phợ ả ẩ ản ứng g m 4 chồ ất: clomêtan, diclomêtan, Clorofom (triclomêtan), và cacbon tetraclorua, tách chúng b ng ằ chưng cấ t.

1.2.2. Benzene

Là m t h p ch t m ch vòng, d ng lộ ợ ấ ạ ở ạ ỏng không màu và có mùi thơm nhẹ. Cơng thức phân t là Cử 6H6. Benzen không phân c c, vì v y tan t t trong các dung mơi hự ậ ố ữu cơ không phân c c và tan rự ất ít trong nước. Trước đây người ta thường s d ng Benzen ử ụ làm dung mơi. Tuy nhiên sau đó người ta phát hi n ra r ng nệ ằ ồng độ Benzen trong khơng khí ch c n th p khoỉ ầ ấ ảng 1ppm cũng có khả năng gây ra bệnh b ch c u, nên ngày nay ạ ầ Benzen được sử ụ d ng h n ch ạ ế hơn.

Ngày nay một lượng l n Benzen ớ chủ ếu để y : S n xu t styren cho t ng h p polymer. ả ấ ổ ợ

S n xu t cumen cho viả ấ ệc sản xu t cùng lúc axeton và phenol. ấ S n xu t cyclohexan t ng hả ấ ổ ợp tơ nilon.

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

Làm dung môi, s n xuả ất dược liệu. c) Điều ch ế

Thông thường các hidrocacbon ít được điều chế trong phịng thí nghiệm, vì có thể thu được lượng lớn nó bằng phương pháp chưng cất than đá, dầu mỏ…. Tuy nhiên có thể điều chế Benzen theo các phương pháp sau:

 Đóng vịng và dehydro hóa ankane

Các ankane có thể tham gia đóng vịng và dehydro hóa tạo thành hidrocacbon thơm ở nhiệt độ cao và có mặt xúc tác như Cr2O3, hay các kim lo i chuy n tiạ ể ếp như Pd, Pt: CH3(CH )2 4CH3 O3/AlO3 C6H6

 Dehydro hóa các cycloankane

Các cycloankane có th b dehydro hóa nhiể ị ở ệt độ cao v i s có m t c a các xúc tác ớ ự ặ ủ kim lo i chuy n ti p t o thành Benzen hay các d n xuạ ể ế ạ ẫ ất của Benzen:

C6H12 Pt /Pd C6H6  Đi từ acetylen

Đun acetylene với sự có mặt của xúc tác là than hoạt tính hay phức của niken như Ni(CO)[(C6H5) P] s ẽ thu được Benzen: 3C2H2xt C6H6

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

Hình 1. 2. Giản đồ tỉ lệ lỏng – hơi của h Clorofom - Benzen theo nhiệệt độ

Hình 1. 3. Giản đồ tỉ lệ Clorofom trong pha lỏng theo tỉ lệ Clorofom trong pha hơi của hệ Clorofom - Benzen

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ

2.1. Bản vẽ sơ đồ quy trình công nghệ

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

2.2. Thuyết minh quy trình

Hỗn h p Clorofom - Benzene có nợ ồng độ Clorofom là 30% (theo ph n mol), nhiầ ệt độ ban đầu tại bồn chứa nguyên liệu khoảng 30℃ được bơm lên bồn cao vị. Hỗn hợp từ b n cao vồ ị được d n t i thi t b gia nhiẫ ớ ế ị ệt để đun sơi dịng nhập liệu đến nhiệt độ ần c thiết, sau đó được đưa vào tháp chưng cất t i v ạ ị trí mâm nh p li u. ậ ệ

Trên mâm nh p li u, h n h p lậ ệ ỗ ợ ỏng được tr n v i ph n l ng tộ ớ ầ ỏ ừ đoạn c t c a tháp ch y ấ ủ ả xu ng. Trong tháp, ch t l ng ch y t trên xu ng gố ấ ỏ ả ừ ố ặp hơi từ dưới đi lên. Tại đây hai pha có sự tiếp xúc và trao đổ ới v i nhau. Nhiệt độ càng xuống dưới càng tăng dẫn đến n ng ồ độ c u t d ấ ử ễ bay hơi của pha l ng chuyỏ ển động trong phần chưng giảm. Ngược l i, càng ạ lên cao nhiệt độ càng thấp nên khi hơi từ dưới lên đi qua các đĩa thì cấ ửu t có nhiệt độ sơi cao hơn là Benzene sẽ ngưng tụ l i, cu i cùng ạ ố ở đỉnh tháp ta thu được h n h p chỗ ợ ứa 95% (theo ph n mol) là c u t Clorofomầ ấ ử . Hơi được d n vào thi t b ẫ ế ị ngưng tụ và ngưng t hoàn toàn. M t ph n ch t lụ ộ ầ ấ ỏng ngưng tụ được d n qua thi t b làm ngu i s n phẫ ế ị ộ ả ẩm đỉnh để làm nguội hỗn hợp đến 40℃ rồi đưa tới bồn chứa sản phẩm đỉnh. Phần chất l ng cịn lỏ ại được hồn lưu về tháp ở đĩa trên cùng với t s ỉ ố hoàn lưu tối ưu. Ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng chứa hầu hết là cấu tử khó bay hơi (Benzene) có nồng độ ph n mol là 98%. S n ph m sau khi ra khầ ả ẩ ỏi đáy tháp được đưa vào nồi đun. Từ ồi đun n m t ph n h n h p l ng s bộ ầ ỗ ợ ỏ ẽ ốc hơi cung cấp lại cho đáy tháp để tiếp tục quá trình chưng cất, phần l ng còn lỏ ại được dẫn qua thiết bị làm nguội sản phẩm đáy để làm nguội hỗn h p l ng tợ ỏ ới 40℃ rồ ưa vào bồi đ n chứa sản phẩm đáy.

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

2.3. Sơ đồ tính tốn 3.

Tính cân bằng năng lượng Tính tốn t s ỷ ố hoàn lưu 3. Thi t b gia nhi t nh p li u ế ị ệ ậ ệ 4. Thi t b làm ngu i s n phế ị ộ ả ẩm đáy 5. Nồi đun gia nhi t s n phệ ả ẩm đáy 6. B n cao v ồ ị

7. Bơm

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

Năng suất nh p liệu ậ GF= 6000 (kgh)

Nồng độ nhập li u (tính theo Clorofomệ ) xF= 0,3 (nolmol) Độ thu h i sản phồ ẩm đáy (Benzen) 98%

Chọn:

 Nhiệt độ nhập li uệ : t′F= 30℃

 Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau khi làm ngu i: ộ t′D= 40℃  Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi trao đổi nhiệt: t′W= 40℃  Trạng thái nh p li u l ng sôi áp suậ ệ ỏ ở ất thường. Kí hiệu:

F: suất lượng nh p li u (kmol/h) ậ ệ

xF: phần mol nh p li u (mol Clorofom/mol h n h p) ậ ệ ỗ ợ D: suất lượng s n phả ẩm đỉnh (kmol/h)

xD: phần mol đỉnh (mol Clorofom /mol hỗn hợp) W: suất lượng s n phả ẩm đáy (kmol/h)

xW: phần mol đáy (mol Clorofom /mol hỗn hợp)

Khi chưng luyện hỗn hợp Clorofom – Benzen thì cấu tử dễ bay hơi là Clorofom. 3.2. Cân bằng v t ch t ậấ

+ B o toàn vả ật chất toàn tháp: F = D +W (3.1)

+ Bảo toàn đối v i cớ ấu t d ử ễ bay hơi (Clorofom): F.x = D.x + W.xFDW (3.2) + Tỉ l thu hệ ồi cấu t n ng (Benzenử ặ ): W(1−xw)

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

Chỉ số hồi lưu rất quan trọng vì khi chỉ số hồi lưu bé thì số bậc của tháp lớn hơn nhưng tiêu tốn hơi đốt ít, ngượ ạc l i khi ch s hỉ ố ồi lưu lớn thì s b c cố ậ ủa tháp có ít hơn nhưng tiêu tốn hơi đố ạ ấ ớt l i r t l n. Ch s hỉ ố ồi lưu tối thi u ể Rmin là t sỷ ố hoàn lưu ứng v i ch ớ ế độ làm vi c khi s mâm lý thuy t nhiệ ố ế ều vơ cùng. Do đó cần điều chỉnh để gi m s mâm, ả ố giảm chi phí cho tháp chưng cất.

Chỉ ố s hồi lưu tối thiểu c a tháp chưng cất: ủ Rmin=xD−yF∗

y −xF∗F(3.7) Với:

 yF*: nồng độ c u t d ấ ử ễ bay hơi trong pha hơi cân bằng v i nớ ồng độ trong pha l ng ỏ  xD: phần mol đỉnh (mol Clorofom/mol h n h p) ỗ ợ

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

 x′1: hàm lượng lỏng đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng  W: suất lượng s n phả ẩm đáy (kmol/h), W = 47,756 kmol/h  g′1: lượng hơi đi vào đoạn chưng (kg/h)

 G′1: lượng lỏng ởđĩa thứ nhất của đoạn chưng.

 r′1: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhấ ủa đoạn chưng. t c  xW: thành phần c u t dấ ử ễ bay hơi trong sản phẩm đáy

Với t1= tF = 77,2 C, tra b ng I.212/254, tài li u tham kh o [2] và n i suy giá tr n o ả ệ ả ộ ị ẩ nhiệt hóa hơi theo nhiệt độ tF = 77,2 C, ta có: o

Ẩn nhiệt hóa hơi của Clorofom: rA1 = 57,423 kcal/kg = 28710,811 (kJ/kmol) Ẩn nhiệt hóa hơi của Benzene: rB1 = 94,490 kcal/kg = 30837,000 (kJ/kmol)

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

ii. Tốc đ hơi trung bình đi trong tháp ở đoạn chưngộ

Tính số trung bình v n tậ ốc hơi đi trong tháp và khối lượng riêng hơi trung bình ởđoạn chưng theo cơng thức:

(ρ . ωyy)′tb= 0,065. φ.[σ]. √h. ρ′ . ρ′xtbytb, kg

m .s2 (4.39) (Công thức IX.106/184, tài li u tham kh o [3]) ệ ả

 ρ′xtb: khối lư ng riêng trung bình của pha l ng (kg/m ợ ỏ 3)  ρ′ytb: khối lư ng riêng trung bình cợ ủa pha hơi (kg/m3)

 y1: hàm lượng hơi ở đĩa thứ nhấ ủa đoạn chưng t c  yw: hàm lượng hơi ở đĩa trên cùng của đoạn chưng Suy ra y′tb=y1+yw

2 =0,386+0,072 = 0,228 (molmol) (4.41) + Nhiệt độ trung bình đoạn chưng:

</div>Trang 40<div class="page_container" data-page="40">

 y′tb: nồng độ phân mol trung bình pha hơi, y′tb= 0,228 (molmol)  t′tb: nhiệt độ trung bình của đoạn chưng, t′tb= 78 88℃,  M , MAB: lần lượt là khối lượng phân tử Clorofom và Benzen Suy ra: ρ′ytb=[0,228 119.22 78 875 273,4.( ,,5+(1−0,+228 78 ].273).) = 3,029(kgm3) (4.44) Tra bảng I.2/9, tài li u tham kh o [2] vệ ả ới t′tb= 78 88℃, ta có:

Khối lư ng riêng c a Clorofomợ ủ : ρC = 1381,736 (kg/m ) 3 Khối lư ng riêng c a Benzenợ ủ : ρB= 816,176 (kg/m ) 3

 Sức căng bề ặt của m Clorofom: σC 19,151.= 10−3 N/m = 19,151 (dyn/cm)  Sức căng bề ặt của m Benzen: σB 21,434.= 10−3 N/m = 21,434 (dyn/cm)

</div>