Nghiên cứu xác định chế độ làm việc của tháp trích ly Axit axetic - toluen

Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008
427
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA THÁP
TRÍCH LY AXIT AXETIC – TOLUEN
RESEARCHING TO DEFINE THE WORKING REGIME OF EXTRACTION
TOWER AXETIC ACID - TOLUENE

SVTH: VŨ MẠNH DUY - NGUYỄN THỊ HẢI VINH
Lớp 05H, Trường Cao Đẳng Công Nghệ, Đại Học Đà Nẵng
GVHD: ThS NGUYỄN THANH HỘI
Khoa Hóa, Trường Cao Đẳng Công Nghệ, Đại Học Đà Nẵng


TÓM TẮT
Trích ly là một quá trình quan trọng ngành công nghiệp hoá học hiện nay,cũng là một bước
quan trọng trong dây chuyền sản xuất trực tiếp ra sản phẩm. Đề tài này tập trung nghiên cứu
về quá trình trích ly lỏng – lỏng một bậc ngược chiều, và những ảnh hưởng của các thông số
khác đến quá trình nhằm tìm cách nâng cao hiệu suất quá trình một cách tối ưu nhất.
ABSTRACT
Nowaday, extraction is not only an important process in chemical industry but also an
important step in producing goods direct line. This article focus on researching “ the process of
the opposite direction - one liquid - liquid extraction” and the effects of other parameters to the
process in order to improve productivity optimally.

1. Đặt vấn đề
Trong thời kỳ đổi mới, nền công nghiệp nước ta có bước chuyển biến cả về quy mô và cơ cấu
phát triển. Nhiều ngành công nghiệp then chốt cùng với những mô hình tổ chức sản xuất mới
đã được hình thành và phân bố hợp lý gắn liền với lợi ích từng vùng, lãnh thổ. Trong đó,
ngành công nghệ lọc dầu là một trong những ngành có nhiều đóng góp quan trọng đối với nền
kinh tế. Các sản phẩm của ngành được sử dụng rộng rãi trên thị trường. Mà các sản phẩm này
là những hỗn hợp bao gồm nhiều hợp chất phức tạp, mỗi hợp chất lại được ứng dụng trong

mỗi ngành công nghiệp khác nhau. Do vậy việc nghiên cứu, tìm ra các phương pháp kỹ thuật
để thực hiện quá trình phân riêng các hợp chất là vô cùng quan trọng. Quá trình trích ly không
những là một quá trình được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hoá học và thực
phẩm nói chung mà nó còn có ý nghĩa rất quan trọng đối với ngành công nghệ lọc dầu: quá
trình trích ly được sử dụng để trích ly các hợp chất thơm tồn tại trong dầu cơ sở có tính nhờn
nhằm điều chế các loại dầu nhờn, quá trình khử asphalt của phần cặn chưng cất chân không,
hay quá trình trích ly các hợp chất thơm BTX( Benzen,Toluen, Xylen) trong các loại nhiên
liệu. Trong các ứng dụng trên thì việc trích ly các hợp chất thơm BTX là rất quan trọng, đặc
biệt Toluen được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp như: làm dung môi hoà tan cho
nhiều loại vật liệu (sơn, chất hoá học, cao su, chất kết dính, mực in…). Với vai trò quan trọng
như vậy thì việc nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly là rất cần thiết. Do
vậy, chúng tôi tiến hành nghiên cứu về quá trình trích ly dung dịch axit axetic – toluen trên
thiết bị trích ly lỏng - lỏng ngược chiều.





Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008
428
SƠ ĐỒ HỆ THỐNG
TRÍCH LY
1 : Thùng cao vị chứa nước
2 : Thùng cao vị chứa
nguyên liệu
3 : Thùng chứa nguyên liệu
4 : Lưu lượng kế
5 : Bơm ly tâm
6 : Tháp trích ly
7 : Tháp chưng

8 : Kính quan sát
9 : Cánh khuấy
10: Ống quan sát mực chất
lỏng


2. Nội dung
2.1. Sơ đồ thiết bị


2.2. Thuyết minh sơ đồ:
Quá trình trích ly axit axetic – toluen trong thiết bị trích ly ngược dòng một bậc ở đây được
tiến hành ở nhiệt độ thường ( 25
o
C ). Trước tiên hỗn hợp nguyên liệu cần được trích ly (dung
dịch axit axetic và toluen ) được cho vào thùng chứa (3) tại đây nguyên liệu được đưa lên
thùng cao vị (2) bởi bơm số (5), tại thùng cao vị (2) này nhờ lực trọng trường nguyên liệu cần
được trích ly sẽ chảy vào phần dưới của tháp trích ly (6). Lưu lượng nguyên liệu chảy vào thiết
bị số (6) sẽ được điều chỉnh bởi lưu lượng kế (4).
Cấu tạo và nguyên lý vận hành tháp như sau: tháp gồm một ống hình trụ, bên trong được
lắp các đĩa để tăng diện tích tiếp xúc giữa các chất lỏng khi đi qua tháp. Pha nặng ( nước )
được cho vào ở đỉnh tháp từ thùng cao vị (1) và lưu lượng nước vào ở đây cũng được khống
chế sao cho phù hợp với khả năng làm việc của tháp trích ly bởi lưu lượng kế (4), còn pha nhẹ
( dung môi hữu cơ axit axetic – toluen ) thì được cho vào ở dưới đáy tháp.
Lưu lượng của pha liên tục có thể được điều chỉnh tại mức độ mong muốn. Sau khi chạy
pha liên tục, bề mặt phân pha có thể bị dao động. Với bề mặt phân pha đã được xác lập mới
bắt đầu cho pha phân tán. Khi pha phân tán choáng đầy tháp tiến hành chạy cánh khuấy.
Sau khi xác lập được trạng thái bền vững ( có thể mất khoảng 30 phút ). Ta biết được sự
phân lớp nhờ vào kính quan sát (8). Lúc đó thì các mẫu sản phẩm sẽ được lấy ra: tại đỉnh tháp
ta lấy được pha giàu toluen ( pha này chứa rất ít hàm lượng axit axetic và nước ). Còn dòng ra

khỏi đáy tháp sẽ rất nhiều axit axetic ( pha này chủ yếu là axit axetic, nước và chứa rất ít hàm
lượng toluen còn trộn lẫn ).
2.3. Xử lý sản phẩm:
Sản phẩm đáy thu được ta trích 10ml đem đi chuẩn độ NaOH 3M, sau đó ghi lại số liệu các
lần chuẩn. Đây là những số liệu được sử dụng để tính hiệu suất của quá trình. Tương tự sản
phẩm đỉnh cũng được chuẩn với dung dịch NaOH nhưng ở nồng độ 0.1 M.
 Thu hồi axit axetic và toluen :
Sản phẩm đáy gồm chủ yếu là axit axetic, nước và một ít toluen. Để thu hồi exit, ta đưa
vào tháp chưng. Còn toluen ở sản phẩm đỉnh ta thu hồi bằng phương pháp chiết.
3. Kết quả thực nghiệm.
Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến quá trình trích ly

Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008
429
Bảng 1.2: Các thông số tính toán
Lưu
lượng
nước
vào
(lít/giờ)
Lưu
lượng
hỗn
hợp
nguyên
liệu (lít)
Tốc độ
cánh
khuấy
(vòng/phút)

Thể tích
NaOH
3M
chuẩn độ
Sản
phẩm
đáy (ml)
Nồng độ
CH
3
COOH
(%)
Thể tích
CH
3
COOH
thực tế
(ml)
Thể tích
CH
3
COOH
lý thuyết
(ml)
Hiệu suất
của quá
trình (%)
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)
5 2 150 1.905 3.289 1.67 0.329 19.701
5 2 170 2.95 4.934 1.67 0.493 29.521

5 2 190 6.15 9.868 1.67 0.987 59.102
5 2 200 3.8 6.03 1.67 0.603 36.108

Ảnh hưởng của lưu lượng nước đến quá trình trích ly
Bảng 2.2: Các thông số tính toán
Lưu
lượng
nước
vào
( lít/giờ)
Lưu
lượng
hỗn hợp
nguyên
liệu (lít)
Tốc độ
cánh
khuấy
(vòng/phút)
Thể tích
NaOH 3M
chuẩn độ
Sản phẩm
đáy (ml)
Nồng độ
của
CH
3
COOH
(%)

Thể tích
CH
3
COOH
thực
tế,(ml)
Thể tích
CH
3
COOH
lý thuyết
(ml)
Hiệu
suất
quá
trình
(%)
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)
2.5 2 190 3.055 5.145 2.86 0.515 18.007
5 2
190
3.55 6.289 1.67 0.629 37.665
7.5 2
190
4.4 7.432 1.17 0.743 63.504
10 2
190
4.75 8.004 0.91 0.8 87.912

4. Đồ thị biểu diễn:

Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến quá trình trích ly















Nhận xét:
Qua đồ thị ta thấy khi tốc độ khuấy tăng thì hiệu suất của quá trình tăng. Nhưng đến một
giá trị tới hạn hiệu suất không tăng nữa mà giảm xuống: Khi ta tăng tốc độ khuấy thì làm tăng
Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến
quá trình trích ly
0
10
20
30
40
50
60
70
0 50 100 150 200 250

Tốc độ cánh khuấy (vòng/phút)
Hiệu suất (%)
Hiệu suất suất của
quá trình, (%)
Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008
430
diện tích tiếp xúc của các cấu tử với nhau, nước phân tán, len lỏi vào hỗn hợp axit axetic -
toluen để cuốn theo các cấu tử axit xuống , còn toluen không tan trong nước và nhẹ hơn nước
nên nổi lên trên. Nhưng khi tốc độ khuấy quá cao làm tăng áp lực, gây va đập mạnh làm cho
cấu trúc hạt phân tử bị phá huỷ và gây nên những rung động ảnh hưởng đến thiết bị. Vậy tốc
độ khuấy tối ưu trong quá trình nghiên cứu là 19 vòng/ phút.

 Ảnh hưởng của lưu lượng nước đến quá trình trích ly
Biểu đồ thể hiện sự ảnh hưởng của lưu lượng
nước vào đến hiệu suất của quá trình trích ly
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15
Lưu lượng nước vào, lít/h
Hiệu suât,%
Hiệu suất
của quá trình trích ly
%


Nhận xét :

Qua đồ thị ta thấy : Khi tăng lưu lượng nước vào thì hiệu suất trích ly cũng tăng.
Hiệu suất tối ưu nhất khi đầu vào của lưu lượng nước là 10 l/h.
Giải thích : Khi lưu lượng nước vào tăng kéo theo lượng nước hấp thụ axit tăng lên làm cho
kết quả trích ly cũng tăng.
Lưu ý: Không được tăng lưu lượng nước vào quá cao sẽ gây khó khăn cho quá trình thu hồi
axit axetic.
Kết luận
Vì tầm quan trọng của quá trình trích ly trong ngành công nghiệp hoá học - thực phẩm, đặc
biệt là trong ngành công nghệ lọc dầu, việc nghiên cứu và tìm ra các điều kiện tối ưu để tiến
hành quá trình trích ly đạt hiệu quả cao nhất là rất cần thiết. Ở đây, chúng tôi chỉ mới tìm hiểu
về ảnh hưởng của tốc độ khuấy và lưu lượng nước vào đến hiệu suất của quá trình trích ly hỗn
hợp toluen – axit axetic. Kết quả của việc nghiên cứu cho thấy khi tăng tốc độ khuấy thì hiệu
suất tăng, nhưng đó là một giá trị tới hạn. Đồng thời hiệu suất của quá trình cũng tỉ lệ thuận
với việc tăng lưu lượng nước vào. Qua quá trình thực nghiệm thu được kết quả tối ưu nhất: tốc
độ khuấy 190 vòng / phút và lưu lượng nước vào 10 l/h.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Đỗ Văn Đài, Nguyễn Bin, Phạn Xuân Toản, Đỗ Ngọc Cử, Đinh Văn Huỳnh (2000), Cơ sở các
quá trình và thiết bị công nghệ hoá học, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội xuất bản.
[2] Nguyễn Bin, Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hoá chất và thực phẩm, Nxb Khoa học và kỹ
thuật.
[3] Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Pham Xuân Toản, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá
chất (1999), Nxb Khoa học và kỹ thuật
[4] Các trang web: www.vocw.edu.vn, www.wikipedia.com, www.ebook.vn