chưng luyện tháp đĩa lỗ không ống chảy truyền nước axit axetic (1)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (546.11 KB, 104 trang )
Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội
Khoa công nghệ Hoá
BỘ CÔNG THƯƠNG
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
Số :……….
Họ và tên HS-SV: Đinh Thị Hà
Lớp : ĐHCN Hóa 1- K3
Khóa : 03
Khoa : Công nghệ hóa .
Giáo viên hướng dẫn : Thầy Nguyễn Thế Hữu
NỘI DUNG
Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ không có ống chảy
truyền để phân tách hỗn hợp Nước – Axit Axetic
Các thông số ban đầu :
- Năng suất tính theo hỗn hợp đầu : F = 13,5 tấn/giờ.
- Nồng độ cấu tử dễ bay hơi :
+ Hỗn hợp đầu :
a = 0,31 phần khối lượng.
+ Sản phẩm đỉnh : a = 0,975 phần khối lượng
+ Sản phẩm đáy : a = 0,01 phần khối lượng
Tháp làm việc ở áp suất thường .
- Hồn hợp đầu được gia nhiệt tới nhiệt độ sôi .
stt
1
2
Tên bản vẽ
Khổ giấy
Vẽ dây chuyền sản xuất
A4
Vẽ hệ thống tháp chưng luyện
A0
Số lượng
01
01
PHẦN THUYẾT MINH
Ngày giao đề……………………Ngày hoàn thành ………………..
GVHD: Nguyễn Thế Hữu
1
SVTH: Đinh Thị Hà
Lớp Hoá 1 – K3
Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội
Khoa công nghệ Hoá
NHẬN XÉT ĐỒ ÁN
Giáo viên hướng dẫn nhận xét:__________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
Điểm:____________
Chữ ký:_______________________
Cán bộ chấm hay Hội đồng bảo vệ nhận xét:______________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
Điểm:________
Chữ ký:_______________________
Điểm tổng kết:
GVHD: Nguyễn Thế Hữu
2
SVTH: Đinh Thị Hà
Lớp Hoá 1 – K3
Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội
Khoa công nghệ Hoá
MỤC LỤC
Lời mở đầu..................................................................................................................................3
PHẦN I: TỔNG QUAN..............................................................................................................5
I: LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT........................................................................................5
II. GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG..............................................................................7
III .SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ:.....................................................................................................9
PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH.............................................................................12
1. Tính toán cân bằng vật liệu toàn thiết bị...........................................................................12
1.1. Phương trình cân bằng vật liệu của toàn tháp............................................................12
1.2 Tính chỉ số hồi lưu thích hợp (Rth).............................................................................14
2.TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP............................................................................................28
2.1. Đường kính đoạn luyện:.............................................................................................28
2.2.Đường kính đoạn chưng..............................................................................................34
3.TÍNH CHIỀU CAO THÁP XÁC ĐỊNH THEO ĐƯỜNG CONG ĐỘNG HỌC..............39
3.1.Hệ số khuếch tán.........................................................................................................39
3.2 Hệ số cấp khối.............................................................................................................41
4.Tính trở lực của tháp..........................................................................................................51
5.Tính cân bằng nhiệt lượng.................................................................................................54
5.1.Cân bằng nhiệt lượng thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu.................................................54
5.2.Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện...............................................................58
5.3.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ................................................................61
5.4.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh................................................................62
PHẦN III : TÍNH THIẾT BỊ PHỤ............................................................................................64
I.Thiết bị gia nhiêt hỗn hợp đầu............................................................................................64
1.Hiệu số nhiệt độ trung bình............................................................................................64
2.Lượng nhiệt trao đổi......................................................................................................65
3. Diện tích trao đổi nhiệt.................................................................................................65
II. Tính bơm và thùng cao vị.................................................................................................73
PHẦN IV: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ VÀ LỰA CHỌN................................................................86
1. Tính toán thân tháp:..........................................................................................................86
...............................................................................................................................................90
2.Tính đường kính ống dẫn:..................................................................................................90
3. Tính đáy và nắp thiết bị:...................................................................................................94
4 . Chọn bích ghép:...............................................................................................................97
5. Tính giá đỡ và tai treo.......................................................................................................98
KẾT LUẬN.............................................................................................................................102
LỜI CẢM ƠN.........................................................................................................................103
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................................104
Lời mở đầu
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật,nền công nghiệp đã
mang lại cho con người những lợi ích vô cùng to lớn về cả vật chất lẫn tinh
GVHD: Nguyễn Thế Hữu
3
SVTH: Đinh Thị Hà
Lớp Hoá 1 – K3
Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội
Khoa công nghệ Hoá
thần.Để 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: công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước.
Trong tiến trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nuớc những ngành kinh
tế mũi nhọn:công nghệ thông tin ,công nghệ sinh học công nghệ điện tử tự động
hóa,công nghệ vật liệu mới…công nghệ hóa giữ vai trò quan trọng trong việc
sản xuất các sản phẩm phục vụ cho nền kinh tế quốc dân.Tạo tiền đề cho nhiều
ngành khác phát triển.
Khi kinh tế phát triển 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 công nghệ
sản xuất cũng phải nâng cao.trong công nghệ hóa học nói chung viêc sử dụng
hóa chất có độ tinh khiết cao là yếu tố căn bản tạo ra sản phẩm có chất lượng
cao.Có nhiều phương pháp khác nhau để làm tăng nồng độ,độ tinh khiết:chưng
cất,cô đặc.trích li…tùy vào tính chất của hệ mà ta lựa chọn phương pháp thích
hợp.
GVHD: Nguyễn Thế Hữu
4
SVTH: Đinh Thị Hà
Lớp Hoá 1 – K3
Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội
Khoa công nghệ Hoá
PHẦN I: TỔNG QUAN
I:
LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT
1. Phương pháp chưng cất.
Chưng luyện là một phương pháp chưng cất nhằm để phân tách một hỗn hợp
khí đã hóa lỏng dựa trên độ bay hơi tương đối khác nhau giữa các cấu tử thành
phần ở cùng một áp suất.
Phương pháp chưng luyện này là một quá trình trưng luyện trong đó hỗn hợp
được bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần, kết quả cuối cùng ở đỉnh tháp thu được một
hỗn hợp gồm hầu hết các cấu tử dễ bay hơi và nồng độ đạt yêu cầu, 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, tháp đĩa lỗ không có ống chảy
truyền, tháp đệm… Trong đồ án này em được giao thiết kế tháp chưng luyện
liên tục dạng đĩa lỗ không có ống chảy truyền nhằm phân tách 2 cấu tử Nước –
Axit Axetic , chế độ làm việc ở áp suất thường với hỗn hợp đầu vào ở nhiệt độ
sôi.
Nước – Axit Axetic là hỗn hợp lỏng thường gặp trong thực tế. việc tách
riêng 2 cấu tử này có ý nghĩa quan trọng bởi cần Axit Axetic có nồng độ lớn
dùng làm nguyên liệu sản xuất các hợp chất và thực phẩm hiện nay.
Các phương pháp chưng cất.
+) áp suất làm việc:
Chưng cất áp suất thấp .
Chưng cất áp suất thường .
Chưng cất áp suất cao .
- Nguyên tắc của phương pháp này là dựa trên nhiệt độ sôi của các cấu tử nếu
nhiệt độ sôi của các cấu tử quá cao thì giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ
sôi của các cấu tử.
+) Nguyên lý làm việc : liên tục ,gián đoạn
GVHD: Nguyễn Thế Hữu
5
SVTH: Đinh Thị Hà
Lớp Hoá 1 – K3
Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội
Khoa công nghệ Hoá
* Chưng gián đoạn : phương pháp này sử dụng trong các trừong hợp :
+ Nhiệt độ sôi của các cấu tử khác xa nhau .
+ Không đòi 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 cấu tử .
* Chưng liên tục :là quá trình được thực hiện liên tục nghịch dòng và nhiều
đoạn .
2 . Thiết bị chưng cất .
Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp khác nhau nhưng chúng
đều có một yêu cầu cơ bản là diện tích tiếp xúc bề mắt pha lớn ,điều này phụ
thuộc độ phân tán lưu chất vào .
Tháp chưng cất rất phong phú về kích cỡ và ứng dụng .các tháp lớn thường
được sủ dụng trong công nghệ lọc hóa dầu . đường kính tháp phụ thuộc luơng
pha lỏng và luợng pha khí ,độ tinh khiết của sản phẩm . theo khảo sát thường có
2 loại tháp chưng:tháp đĩa và tháp đệm .
Tháp đĩa ; thân tháp hình trụ thẳng đứng bên trong có gắn các đĩa . phân
chia thân tháp thành những đoạn bằng nhau . trên đĩa pha lỏng và pha khí tiếp
xúc với nhau .tùy thuộc vào loại đĩa ta có
+ Tháp đĩa chóp :
+ Tháp đĩa lỗ :trên đĩa có các lỗ có đường kính (2-12 mm) có 2 loại tháp đĩa lỗ
- Tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền
- Tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền
Tháp đệm :tháp hình trụ gồm nhiều đoạn nối với nhau bằng mặt bích hay hàn .
* Tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền hoạt động với hiệu suất cao ổn định. Khắc
phục được nhược điểm của các loại tháp khác ; làm việc được với chất lỏng bẩn
…
Vậy : chọn tháp đĩa lỗ không có ống chảy chuyền để chưng hệ Nước – Axit
Axetic.
GVHD: Nguyễn Thế Hữu
6
SVTH: Đinh Thị Hà
Lớp Hoá 1 – K3
Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội
Khoa công nghệ Hoá
II. GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG
1.Nước:
Trong điều kiện bình thường: nước là chất lỏng không màu, không mùi,
không vị nhưng khối nước dày sẽ có màu xanh nhạt.
Khi hóa rắn nó có thể tồn tại ở dạng 5 tinh thể khác nhau.
• Khối lượng phân tử
: 18g/mol
o
• Khối lượng riêng d4 c
: 1g/ml
• Nhiệt độ nóng chảy
: 0o C
• Nhiệt độ sôi
: 100o C
• Độ nhớt ở 25o C
: 1,005.10-3 N.s/m2
Nước là hợp chất chứa phần lớn trên trái đất (3/4 diện tích trái đất là nước
biển) và rất cần thiết cho sự sống.
Nước là dung môi phân cực mạnh, có khả năng hòa tan nhiều chất và là dung
môi rất quan trọng trong kỹ thuật hóa học.
2. Axit Axetic
2.1. Tính chất:
• Là một chất lỏng không màu, có mùi sốc đặc trưng, trọng lượng riêng
1,0497 (ở 20o C)
• Khi haj nhiệt độ xuống 1 ít đã đông đặc thành 1 khối tinh thể có Tonc =
16,635 – 0,002o ,Tosôi = 118o C
• Tan trong nước, rượu và ete theo bất kỳ tỷ lệ nào
• Là một axit yếu, hằng số phân ly nhiệt động của nó ở 25o C là K =
1,75.10-5
Tính ăn mòn kim loại:
• Axit Axetic ăn mòn sắt.
• Nhôm bị ăn mòn bởi axit loãng, nó đề kháng tốt với axit axetic đặc và
thuần khiết. Đồng và chì bị ăn mòn bởi axit axetic với sự hiện diện của
không khí.
• Thiếc và một số loại thép Nikel – Crom đề kháng tốt với axit axetic.
2.2 Điều chế:
Axit axetic điều chế bằng cách:
1)
Oxy hóa có xúc tác đối với cồn etylic để biến thành anđêhit axetic, là
một giai đoạn trung gian. Sự oxy hóa kéo dài sẽ tiếp tục oxy hóa ânđêhit axetic
thành axit axetic.
CH3CHO +
1
O2 = CH3COOH
2
C2H5OH + O2 = CH3COOH + H2O
2)Oxy hóa andehit axetic được tạo thành bằng cách tổng hợp từ axetylen
coban axetat. Người ta thao tác trong andehit axetic ở nhiệt độ gần 80oC để ngăn
chặn
GVHD: Nguyễn Thế Hữu
7
SVTH: Đinh Thị Hà
Lớp Hoá 1 – K3
Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội
Khoa công nghệ Hoá
sự hình thành peoxit. Hiệu suất đạt 95 ÷ 98 % so với lý thuyết. Người ta đạt
được như thế rất dễ dàng sau khi điều chế axit axetic kết tinh được.
CH3CHO +
1
O2 Coban axetat ở 80oC CH3COOH
2
3)Tổng hợp đi từ cồn metylic và Cacbon oxit.
Hiệu suất có thể đạt 50 ÷ 60% so với lý thuyết bằng cách cố định
cacbon oxit trên cồn meetylic qua xúc tác.
Nhiệt độ từ 200 ÷ 500oC, áp suất 100 ÷ 200 atm.
CH3OH + CO = CH3C
với sự hiện diện của metaphotphit hoặc photpho – vonframat kim loại 2
và 3 hóa trị (chẳng hạn sắt, coban).
2.3 Ứng dụng.
Axit axetic là một axit quan trọng nhất trong các loại axit hữu cơ. Axit axetic
tìm được rất nhiều ứng dụng vì nó là loại axit hữu cơ rẻ tiền nhất. Nó được dung
để chế tạo rất nhiều hợp chất và este. Nguồn tiêu thụ chủ yếu của axit axetic là ;
• Làm dấm ăn (dấm ăn chứa 4,5% axit axetic).
• Làm đông đặc nhựa mủ cao su.
• Làm chất dẻo tơ sợi xenluloza axetat, làm phim ảnh không nhạy lửa.
• Làm chất nhựa kết dính polyvinyl axetat.
• Làm các phẩm máu, dược phẩm, nước hoa tổng hợp.
• Axetat nhôm dung làm chất cắn màu (mordant trong nghề nhuộm).
• Phần lớn các este axetat đều là các dung môi, ví dụ: izoamyl axetat hòa
tan được nhiều loại nhựa.
GVHD: Nguyễn Thế Hữu
8
SVTH: Đinh Thị Hà
Lớp Hoá 1 – K3
Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội
Khoa công nghệ Hoá
III .SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ:
1. Dây chuyền sản xuất :
Hệ thống thiết bị công nghệ chưng luyện liên tục tháp đĩa lỗ có ống
chảy chuyền tổng quát gồm có :
(1) : Bơm ly tâm.
(2) : Thùng cao vị.
(3) : Thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu dùng để đưa hỗn hợp đầu tới
nhiệt độ làm việc. Sử dụng thiết bị loại ống chùm, dùng hơi nước bão
hoà để đun nóng vì nó có hệ số cấp nhiệt lớn, ẩn nhiệt ngưng tụ cao.
Hơi nước bão hoà đi ngoài ống, lỏng đi trong ống.
(4) : Lưu lượng kế.
(5): Tháp chưng luyện: gồm có 2 phần : phần trên gồm từ trên đĩa tiếp
liệu trở lên đỉnh gọi là đoạn luyện, phần dưới gồm từ đĩa tiếp liệu trở
xuống gọi là đoạn chưng.
(6): Thiết bị ngưng tụ hoàn toàn sản phẩm đỉnh, nước lạnh đi trong
ống.
(7) : Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh.
(8) : Thùng chứa sản phẩm đỉnh.
(9) : Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đáy. Bộ phận đun bốc hơi đáy tháp, có
thể đặt trong hay ngoài tháp.
(10) : Thiết bị tách nước ngưng.
(11) : Thùng chứa hỗn hợp đầu.
(12) : Bộ phận phân phối lỏng.
(13) : Van xả khí không ngưng.
(14) : Thùng chứa sản phẩm đáy.
GVHD: Nguyễn Thế Hữu
9
SVTH: Đinh Thị Hà
Lớp Hoá 1 – K3
Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội
Khoa công nghệ Hoá
THUYẾT MINH SƠ ĐỒ
P
2
6 13
T
NÖÔÙC NOÙNG
NÖÔÙC NOÙNG
12
5
7
NÖÔÙC
HO I NU ? C
HÔI NÖÔÙC
4
NÖÔÙC
8
9
T
3
1
10
NÖÔÙC NGÖNG
14
11
Sơ đồ dây chuyền công nghệ tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền.
Hỗn hợp được chứa trong thùng chứa(11),được bơm ly tâm (1)bơm lên thùng
cao vị có cửa chảy tràn dùng để khống chế mức chất lỏng thùng, hỗn hợp đầu từ
thùng cao vị tự chảy xuống thiết bị gia nhiệt(3) và quá trình này được theo dõi
bằng đồng hồ lưu lượng (4) dùng hơi nước bão hòa. Sau đó hỗn hợp đầu được
gia nhiệt tới nhiệt độ sôi rồi được đưa vào đĩa tiếp liệu của tháp chưng luyện(5).
Trong tháp hơi đi từ dưới lên tiếp xúc trực tiếp với lỏng từ trên xuống tại đây
xảy ra quá trình bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần, nồng độ các cấu tử thay đổi theo
chiều cao của tháp và nhiệt độ của hỗn hợp cũng thay đổi theo. Khi bay hơi lên
đĩa 1 có thành phần cấu tử dễ bay hơi là y1 sục trực tiếp vào lớp lỏng trên đĩa có
thành phần cấu tử dễ bay hơi là x1 ( x1
GVHD: Nguyễn Thế Hữu
10
SVTH: Đinh Thị Hà
Lớp Hoá 1 – K3
Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội
Khoa công nghệ Hoá
phần cấu tử khó bay hơi, quá trình ngưng tụ lại là quá trình tỏa nhiệt và nhiệt
này sẽ làm bay hơi 1 phần cấu tử khó bay hơi ở đĩa 2 do đó x2>x1; y2>y1 dẫn đến
hơi ở đĩa 2 sục vào đĩa . Quá trình này được xảy ra tương tự nhiều lần cuối cùng
trên đỉnh tháp thu được hầu hết cấu tử dễ bay hơi và một phần cấu tử khó bay
hơi.
Hơi đi từ đỉnh tháp vào thiết bị hồi lưu ngưng tụ , ở đây 1 phần hơi được
ngưng tụ và quay trở lại tháp. Phần còn lại được đưa vào thiết bị làm nguội rồi
cho vào thùng chứa sản phẩm đỉnh
Chất lỏng hồi lưu đi từ trên xuống dưới, gặp hơi có nhiệt độ cao đi từ dưới lên,
một phần cấu tử có nhiệt độ cao tiếp tục ngưng tụ thành lỏng đi xuống. Do đó
nồng độ cấu tử khó bay hơi trong pha lỏng ngày càng nhiều, cuối cùng ở đáy
tháp ta thu được hỗn hợp lỏng gồm hầu hết là cấu rử khó bay hơi và một phần
cấu tử dễ bay hơi, hỗn hợp lỏng được đưa ra khỏi đáy tháp qua thiết bị phân
dòng, một phând đươcj đưa ra thùng chứa sản phẩm đáy và một phần được hồi
lưu tại đáy tháp. Thiết bị này có tác dụng đun sôi tuần hoàn bà bốc hơi sản phẩm
đáy( tạo dòng hơi đi từ dưới lên trong tháp). Nước ngưng của thiết bị gia nhiệt
được tháo qua thiết bị nước ngưng. Tháp chưng luyện làm việc ở chế độ liên tục,
hỗn hợp đầu và sản phẩm được lấy ra liên tục.
GVHD: Nguyễn Thế Hữu
11
SVTH: Đinh Thị Hà
Lớp Hoá 1 – K3
Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội
Khoa công nghệ Hoá
PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
Các ký hiệu thường dùng
GF: Lượng hỗn hợp đầu đi vào tháp (Kg/h)
GP: Lượng sản phẩm đỉnh (Kg/h)
GW: Lượng sản phẩm đáy (Kg/h)
F: Lượng hỗn hợp đầu, (Kmol/h)
P: Lượng sản phẩm đỉnh, (Kmol/h)
W : Lượng sản phẩm đáy, (Kmol/h)
a : Nồng độ phần khối lượng, (Kg nước/Kg hỗn hợp)
x : nồng độ phần mol, ( Kmol nước/ Kmol hỗn hợp)
M : Khối lượng phân tử, (Kg/Kmol)
ρ : Khối lượng riêng, (Kg/Kmol)
µ : Độ nhớt, (Ns/m2)
- Các chỉ số F,P,W : tương ứng chỉ đại lượng đo thuộc hỗn hợp đầu, sản
phẩm đỉnh, sản phẩm đáy của hỗn hợp Nước – Axit Axetic.
-
Các chỉ số A,B,x,y,hh : tương ứng chỉ đại lượng thuộc cấu tử. Nước –
Axit Axetic, thành phần lỏng, thành phần hơi và hỗn hợp.
-
Ngoài ra còn nhiều ký hiệu khác được định nghĩa tại chỗ.
1. Tính toán cân bằng vật liệu toàn thiết bị
1.1. Phương trình cân bằng vật liệu của toàn tháp
GF = Gp + GW
(1)
- Phương trình cân bằng vật liệu cho cấu tử đẽ bay hơi
GF.aF = GP.aP + GW.aW
(2)
Từ (1) và(2) ta có
⇒
GW
GF
GP
=
=
a P − aW a F − aW a P − aW
GVHD: Nguyễn Thế Hữu
12
SVTH: Đinh Thị Hà
Lớp Hoá 1 – K3
Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội
Khoa công nghệ Hoá
- Theo đề ra F= 13,5 tấn/h = 13500 Kg/h. Vậy lượng sản phẩm đỉnh là:
P = 13500.
0,31 − 0,01
= 4196,9 (Kg/h)
0.975 − 0.01
- Lượng sản phẩm đáy : W = 13500 - 4196,9 = 9303,1 (Kg/h)
a, Chuyển đổi nồng độ:
Chuyển nồng độ phần khối lượng sang phần mol
ta có:
x = xA = a
A
aA
MA
MA
+
aB
MB
aA
MA
=
aA 1− aA
+
MA
MB
với MA= 18 Kg/Kmol
MB= 60 Kg/Kmol
aF= 0,31
(phần khối lượng)
aP= 0,975
( phần khối lượng)
aW=0,01
(phần khôí lượng)
thay số ta được
0,31 / 18
xF = 0,31 / 18 + 0,69 / 60 = 0,5996 ( phần mol)
0,975 / 18
xP = 0,975 / 18 + 0,025 / 60 = 0,9923 ( phần mol)
0,01 / 18
xW = 0,01 / 18 + 0,99 / 60 = 0,0325 (phần mol)
b. Khối lượng mol trung bình trong pha lỏng:
M= a.MA + (1-a).MB
Thay số ta có:
- MF= xF.MA + (1-xF).MB
-
= 0,5996.18+ (1-0,5996).60= 34,8168(Kg/kmol)
MP= xP.MA + (1-xP).MB
= 0,9923.18+ (1- 0.9923).60 = 18,3234 (Kg/kmol )
MW= xW.MA + (1- xW).MB
=0,0325.18 +(1-0.0325).60 = 58,635 (Kg/kmol )
GVHD: Nguyễn Thế Hữu
13
SVTH: Đinh Thị Hà
Lớp Hoá 1 – K3
Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội
Khoa công nghệ Hoá
Vậy lưu lượng trung bình của chất lỏng trên là:
G
M
G
P=
M
G
W=
M
F=
F
=
F
13500
= 387,74 (Kmol/h)
34,8168
4196,9
P
= 18,3234 = 229,04 (Kmol/h)
P
9303,1
W
W
= 58,635 = 158,66 (Kmol/h)
1.2 Tính chỉ số hồi lưu thích hợp (Rth)
Để đơn giản cho việc thiếp lập đường làm việc của tháp chưng luyện, ta giả
thiết:
- Dòng mol pha hơi đi từ dưới lên không đổi trên toàn bộ chiều cao của
tháp. Dòng mol pha lỏng đi từ trên xuống không đổi trong đoạn luyện và
đoạn chưng,. Tức thoa mãn điều kiện sau:
+ Nhiệt hóa hơimol của các cấu tử bằng nhau theo công thức
kinh nghiệm của Trouton
r
kcal
≈ 21
≈ const
T
kmol ° K
+ Không có nhiệt hòa tan ∆Q = 0
+ Không có nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh
+Sự sai khác về nhiệt lượng riêng của chất lỏng sôi trên các tiết
diện khác nhau của tháp được bỏ qua
- Hỗn hợp đầu vào tháp ở nhiệt độ sôi
- Chất lỏng đi ra khỏi tháp thiết bị ngưng tụ có thành phần bằng thành phần
hơi đi ra ở đỉnh tháp
- Hơi bốc lên từ đáy tháp có nồng độ bằng nồng độ sản phẩm đỉnh
- Đun sôi tháp bằng hơi đốt trực tiếp
a, Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện
- Phương trình cân bằng vật liệu
D0 = L0 + P
GVHD: Nguyễn Thế Hữu
14
SVTH: Đinh Thị Hà
Lớp Hoá 1 – K3
Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội
Khoa công nghệ Hoá
Trong đó : D0 : lượng hơi đi từ dưới lên
L0 : lượng lỏng hồi lưu đi từ trên xuống
- Phương trình cân bằng vật liệu cho cáu tử dễ bay hơi là:
D0.y = L0.x+ P.xP
⇔ ( L0 + P).y = L0.x+ P.xP
⇒y=
Đạt
L0
P
x+
xP
L0 + P
L0 + P
L0
=R
P
chỉ số hồi lưu
⇒y=
R
1
x+
xP
R +1
R +1
b, Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng
- Phương trình cân bằng vật liệu:
Du = Lu –w
- Phương trình cân bằng vật liệu cho cấu tử dễ bay hơi:
Du.y’ = Lu.x’ – w.xw
⇔ (Lu – w).y’ = Lu.x’ – w.xw
Lu = L0 + F = L0 + P + w
w = F − P
Mà
Thay vào ta có : (P+ L0).y’= (F+L0).x’ – (F-P).xw
⇒ y' =
Đặt : R =
⇒ y' =
L0 + F
F −P
x'−
xw
L0 + P
L +P
L0
P
,
f =
F
P
R+ f
f −1
x'−
xw
R +1
R +1
Bảng thành phần cân bằng lỏng hơi của cấu tử Nước – Axit Axetic
x
y
t
0
5
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0
9,2
16,7
30,3
42,5
53
62,6
71,6
79,5
86,4
93
100
118,1
115,
113,
110,1
107,5
105,8
104,
103,
102,1
101,
100,6
100
4
8
4
3
GVHD: Nguyễn Thế Hữu
15
3
SVTH: Đinh Thị Hà
Lớp Hoá 1 – K3
Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội
Khoa công nghệ Hoá
Đồ thị t, x-y
- Vẽ đường thẳng y =x , xác định xP, xF, xW trên đồ thị và vẽ đường cân bằng y=
f(x)
Dựa vào bảng số liệu trên
- Từ xF kẻ đường thẳng song song với trục y và cắt đường cân bằng tại A. từ A
kẻ đường song song với trục x cắt trục y tại B . Xác định trên đồ thị có
y*F=0,71566
Áp dụng công thức
xP − y * F
Rmin = *
y F − xF
c, Xác định chỉ số hồi lưu làm việc (Rx)
Rx = β .Rmin
Trong đó β : hệ số dư
β = (1,2 ÷ 2,5) Rmin
GVHD: Nguyễn Thế Hữu
16
SVTH: Đinh Thị Hà
Lớp Hoá 1 – K3
Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội
Khoa công nghệ Hoá
ứng với mỗi giá trị của β ta được một giá trị Rx . Thay Rx ta có đường nồng độ
làm việc của đoạn luyên và đoạn chưng.
Vẽ đồ thị xác định được số đĩa lý thuyết Nlt
Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết với β= 1,2,Nlt =54
GVHD: Nguyễn Thế Hữu
17
SVTH: Đinh Thị Hà
Lớp Hoá 1 – K3
Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội
Khoa công nghệ Hoá
Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết với β = 1,5, Nlt =35
GVHD: Nguyễn Thế Hữu
18
SVTH: Đinh Thị Hà
Lớp Hoá 1 – K3
Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội
Khoa công nghệ Hoá
Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết với β = 1,6, Nlt =33
GVHD: Nguyễn Thế Hữu
19
SVTH: Đinh Thị Hà
Lớp Hoá 1 – K3
Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội
Khoa công nghệ Hoá
Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết với β = 1,7,Nlt =31
GVHD: Nguyễn Thế Hữu
20
SVTH: Đinh Thị Hà
Lớp Hoá 1 – K3
Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội
Khoa công nghệ Hoá
Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết với β = 1,8, Nlt= 30
GVHD: Nguyễn Thế Hữu
21
SVTH: Đinh Thị Hà
Lớp Hoá 1 – K3
Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội
Khoa công nghệ Hoá
Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết với β = 1,9,Nlt= 29
GVHD: Nguyễn Thế Hữu
22
SVTH: Đinh Thị Hà
Lớp Hoá 1 – K3
Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội
Khoa công nghệ Hoá
Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết với β = 2,1, Nlt= 27
GVHD: Nguyễn Thế Hữu
23
SVTH: Đinh Thị Hà
Lớp Hoá 1 – K3
Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội
Khoa công nghệ Hoá
Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết với β = 2,3,Nlt= 26
GVHD: Nguyễn Thế Hữu
24
SVTH: Đinh Thị Hà
Lớp Hoá 1 – K3
Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội
Khoa công nghệ Hoá
Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết với β =2,5, Nlt = 25
GVHD: Nguyễn Thế Hữu
25
SVTH: Đinh Thị Hà
Lớp Hoá 1 – K3
