Đồ án môn học quá trình và thiết bị: Thiết kế tháp chưng liên tục loại tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp CH3COCH3 –H20.

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.12 MB, 119 trang )

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
3

ĐỒ ÁN MÔN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
BỘ MÔN QUÁ TRÌNH -THIẾT BỊ
………..**………
THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CHƯNG LUYỆN LOẠI THÁP ĐĨA LỖ CÓ
ỐNG CHẢY TRUYỀN
ĐỂ PHÂN TÁCH HỖN HỢP HAI CẤU TỬ AXETON VÀ NƯỚC
Đặng Hưu Hướng-Hóa1-K9

Page 1

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Giáo viên hướng dẫn

:PHAN THỊ QUYÊN

Sinh viên

:ĐẶNG HỮU HƯỚNG

Mã sinh viên

:0974140022

Lớp

:LTCĐĐH HÓA 1-K9

Hà nội 5-2014

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 và thiết bị

I)ĐẦU ĐỀ THIẾT KẾ:
Thiết kế tháp chưng liên tục loại tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp
CH3COCH3 –H20.
II) CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU:
+ Hỗn hợp cần tách:

CH3COCH3 –H2O.

+ Năng suất tính theo hỗn hợp đầu: F= 20880(tấn/h)
+ Nồng độ cấu tử dễ bay hơi:
- Hỗn hợp đầu:

aF = 0,31(phần khối lượng)

- Sản phẩm đỉnh:

ap = 0,97 (phần khối lượng)

Đặng Hưu Hướng-Hóa1-K9

Page 2

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
- Sản phẩm đáy:

aw = 0,01(phần khối lượng)

+ Tháp làm việc ở áp suất thường
+ Hỗn hơp đầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi.
III) NỘI DUNG CÁC PHẦN THUYẾT MINH VÀ TÍNH TOÁN:
1/ Giới thiệu chung: + Mở đầu và giải thích về hỗn hợp được chưng luyện.
+ Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất.
2/ Tính toán thiết bị chính:
+ Tính toán cân bằng vật liệu toàn thiết bị
+ Tính đường kính tháp
+ Tính chiều cao tháp
+ Tính cân bằng nhiệt
+ Tính trở lực của tháp
3/ Tính thiết bị phụ:
+ Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu,hỗn hợp đáy
+ Tính bơm
+ Tính thùng cao vị
+ Tính toán cơ khí và lựa chọn
-Bề dày thiết bị
-Tính đường kính các ống dẫn
-Tính đáy và nắp thiết bị

-Chọn bích ghép
-Tính toán giá đỡ và tai treo

4/ Kết luận chung.
Đặng Hưu Hướng-Hóa1-K9

Page 3

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
5/ Tài liệu tham khảo.

IV) CÁC BẢN VẼ VÀ ĐỒ THỊ:
+ Bản vẽ dây chuyền sản xuất A 4
+ Bản vẽ thiết bị chính và lắp giáp A 0

Nhận Xét Của Giáo Viên Hướng Dẫn
∗∗∗∗∗

..........................................................................................................................................

Đặng Hưu Hướng-Hóa1-K9

Page 4

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................

..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................

mới mẻ này.
Là một sinh viên khoa Công Nghệ Hóa của trường, chúng em đã được trang bị rất nhiều
những kiến thức cơ bản về các quá trình thiết bị của công nghệ sản xuất những sản phẩm
hóa học, để củng cố những kiến thức đã học, cũng như để phát huy trình độ độc lập sáng
tạo giải quyết một vấn đề cụ thể của sinh viên trong thực tế sản xuất, chinh vì vậy khi
được nhận bản đồ án quá trình thiết bị này là một cơ hội tốt để cho chúng em được tìm
hiểu về các quá trình công nghệ, được vận dụng những kiến thức đã được học và mở
rộng vốn kiến thức của mình, từ đó cho chúng em cái nhìn cụ thể hơn về ngành nghề
mình đã lựa chọn.

Đặng Hưu Hướng-Hóa1-K9

Page 6

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
Bản đồ án này không chỉ làm sáng tỏ thêm lý thuyết, nắm vững phương pháp tính toán và
nguyên lý vận hành thiết bị, mà đây chính là một cơ hội tốt để sinh viên tập dượt giải
quyết những vấn đề cụ thể trong thực tế sản xuất.
Để hoàn thành được bản đồ án này em xin gửi lời cám ơn chân thành nhất đến các thầy
cô khoa Công Nghệ Hóa, đặc biệt là thầy giáo Nguyễn Thế Hữu đã giành cho chúng em
sự ưu đãi đặc biệt, tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em làm
đồ án.
Do thời gian và kiến thức bản thân em còn hạn chế nên bản đồ án không tránh khỏi
những thiếu sót em rất mong nhận được sự góp ý, những lời nhận xét và sửa chữa của
thầy cô để bản đồ án của em được hoàn chỉnh hơn.
Một lần nữa em xin chân thành cám ơn!

Đặng Hưu Hướng-Hóa1-K9

Page 7

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

LỜI MỞ ĐẦU
Chúng ta đang sống trong thế giới với khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển.
Trong ngành công nghệ vật liệu mới không thể không nhắc đến ngành công nghiệp hóa
học, bởi công nghệ hoá thuộc lĩnh vực công nghệ đòi hỏi kỹ thuật cao, mức độ phát triển
công nghệ này được coi như một chỉ thị về trình độ phát triển của một đất nước.
Nhận thấy rõ sự phát triển như vũ bão của ngành công nghệ hóa học, với lối tư
duy nhạy bén và sáng tạo, khoa Công nghệ Hóa Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội đã
đào tạo ra những sinh viên chuyên ngành Hóa. Điều đó không chỉ cung cấp cho đất nước
đội ngũ những công nhân lành nghề, thợ kỹ thuật có tay nghề cao mà nó còn mở cơ hội
việc làm cho giới trẻ trong lĩnh vực khá mới mẻ này.
Là một sinh viên khoa Công Nghệ Hóa, chúng em được trang bị rất nhiều kiến
thức cơ bản về các quá trình thiết bị của công nghệ sản xuất những sản phẩm hóa học.
Nhận được bản đồ án này là một cơ hội tốt để chúng em được tìm hiểu về các quá trình
công nghệ, được vận dụng những kiến thức đã được học và mở rộng vốn kiến thức của
mình, từ đó giúp chúng em có cái nhìn cụ thể hơn về nghành nghề mình đã lựa chọn.
Công nghệ hóa học là một ngành giữ vị trí, vai trò quan trọng trong việc sản xuất
phục vụ cho nhiều lĩnh vực, cho mọi nghành kinh tế quốc dân, tạo tiền đề cho nhiều
ngành phát triển theo. Với nhiều phương pháp sản xuất khác nhau như lắng, lọc, đun
nóng, làm nguội, chưng luyện, hấp thụ, hấp phụ, trích ly, sấy khô, đông lạnh…đã tạo ra
rất nhiều sản phẩm đa dạng, phong phú đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn của con người.
Đặc biệt được ứng dụng nhiều nhất là chưng luyện, nó được ứng dụng trong nhiều ngành,
lĩnh vực, đặc biệt là công nghệ lên men, công nghệ tổng hợp hữu cơ, lọc - hóa dầu, công
nghệ sinh học...
Vậy chưng cất là gì?quy trình công nghệ của nó như thế nào.ứng dụng của nó ra
sao,thiết bị vật sử dụng cho quy trình công nghệ này cần đảm bảo những yêu cầu nào và

phải được tính toán ra sao?Vì vậy em xin đi sâu vào nghiên cứu về quá trình công nghệ
và vận hành quy trình công nghệ của quá trình chưng luyện tháp chóp để phân tách hai
hỗn hợp axeton và axit axetic
Đặng Hưu Hướng-Hóa1-K9

Page 8

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
Chưng là phương pháp dùng để tách hỗn hợp khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa
vào nhiệt độ sôi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp. Khi chưng thu được nhiều sản
phẩm và thường có bao nhiêu cấu tử thì có bấy nhiêu sản phẩm.
Riêng đối với phương pháp chưng luyện hai cấu tử thì sản phẩm đỉnh gồm chủ yếu là
cấu tử dễ bay hơi còn sản phẩm đáy là cấu tử khó bay hơi.
Trong sản xuất ta thường gặp các phương pháp chưng khác nhau như: chưng đơn giản,
chưng bằng hơi nước trực tiếp, chưng chân không và đặc biệt hơn là chưng luyện.
Chưng luyện là phương pháp thông dụng dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp các cấu
tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan một phần hoặc hòa tan hoàn toàn vào nhau. Chưng
luyện ở áp suất thấp dùng cho các hỗn hợp dễ bị phân hủy nhiệt ở nhiệt độ cao, các cấu tử
dễ bay hơi và ngược lại.
ỨNG DỤNG


Tách dầu mỏ tài nguyên khai thác dưới dạng lỏng



Tách các hỗn hợp khí đã hóa lỏng



Tách hỗn hợp chất hữu cơ trong tổng hợp hữu cơ. Trong công nghệ sinh
học, thực phẩm, các quá trình lênmen sản xuất các sản phẩm như: rượu, bia, nước ngọt…
Vì thế, đề tài ” Thiết kế hệ thống chưng cất Aceton –Acid Acetic “ của môn “Đồ
Môn Học Quá Trình Thiết Bị” cũng là một bước giúp cho sinh viên tập luyện và chuẩn bị
cho việc thiết kế quá trình và thiết bị công nghệ trong lĩnh vực này.Để hoàn thành đồ án
này , thực sự em đã cố gắng rất nhiều . Song , vì đây là bước đầu làm quen với công tác
thiết kế nên chắc hẳn không tránh khỏi những sai sót
Cuối cùng , em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Quá Trình Thiết
Bị , đặc biệt là cô nguyễn thị Quyên , người đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em rất
nhiều trong suốt thời gian thực hiện đồ án thiết kế.

Đặng Hưu Hướng-Hóa1-K9

Page 9

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
PHẦN I : GIỚI THIỆU CHUNG
1.Tổng quan về quá trình chưng luyện
1.1 Phương pháp chưng luyện:
1.1.1.Khái niệm và phân loại
Chưng luyện là một phương pháp 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 trong đó hỗn hợp được bốc hơi và
ngưng tụ nhiều lần. Kết quả cuối cùng ở đỉnh tháp ta 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 không có ống chảy truyền, tháp đĩa lỗ có ống

chảy truyền, tháp đệm… Cùng với các thiết bị ta có các phương pháp chưng cất là:
a. Phương pháp chưng:
- Chưng đơn giản dùng để tách các hỗn hợp gồm các cấu tử có độ bay hơi rất khác
nhau .Phương pháp này thường dùng để tách sơ bộ và làm sạch cấu tử khỏi tạp chất.
- Chưng bằng hơi nước trực tiềp dùng tách các hỗn hợp gồm các chất khó bay hơi và
tạp chất không bay hơi ,thường dùng trong trường hợp chất được tách không tan vào
nước
- Chưng chân không dùng trong trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi cấu tử .Ví dụ
như trường hợp các cấu tử trong hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao hay trường hợp
các cấu tử có nhiệt độ sôi quá cao.
b.Áp suất làm việc:
- Chưng cất ở áp suất thấp: dùng cho các hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao và
hỗn hợp có nhiệt độ sôi cao.a
- Chưng cất ở áp suất thường (áp suất khí quyển ) :dùng cho hỗn hợp không thuộc
các trường hợp trên.
- Chưng luyện ở áp suất cao dùng cho các hỗn hợp không hóa lỏng ở áp súât
thường.
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 nhệt độ sôi của các cấu
tử.
Đặng Hưu Hướng-Hóa1-K9

Page 10

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
c.Nguyên lý làm việc: có thể làm việc theo nguyên lý liên tục hoặc gián đoạn
-Chưng gián đoạn: phương pháp này được sử dụng khi: Nhiệt độ sôi của các cấu tử
khác xa nhau. Không cần 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.
1.1.2. Thiết bị chưng luyện.
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 mặt pha lớn.
Các loại tháp như: tháp đĩa chop , tháp loại đệm, tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền,
tháp đĩa lỗ không ống chảy truyền…vv
Tháp chưng luyện phong phú về kích cỡ và ứng dựng. Các tháp lớn thường được sử
dụng trong công nghệ lọc hóa dầu. Đường kính tháp phụ thuộc vào lượng pha lỏng và
lượng pha khí, độ tinh 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 cấu tử cần chưng và tính toàn kích cỡ của thết bị cho phù hợp với yêu cầu.
2.Giới thiệu về hỗn hợp được chưng luyện
2.1 Nước( H2O)
Nước là một hợp chất hóa học của oxy và
hidro, có công thức hóa học là H2O. Với các
tính chất lý hóa đặc biệt (ví dụ như tính lưỡng
cực, liên kết hiđrô 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 nằm trong các nguồn có thể khai thác dùng làm nước uống.

Cấu tạo:
Đặng Hưu Hướng-Hóa1-K9

Page 11

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

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 diện. Chiều dài của liên kết O-H là
96,84 picomet
Tính lưỡng cực:
Oxy có độ âm điện cao hơn hidro. Việc cấu 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 hiđrô
và cực tính âm ở nguyên tử oxy, gây ra sự lưỡng cực. Dựa trên hai cặp điện tử đơn độc
của nguyên tử ôxy, lý thuyết VSEPR đã giải thích sự sắp xếp thành góc của hai nguyên tử
hiđrô, việc tạo thành mô men lưỡng cực và vì vậy mà nước có các tính chất đặc biệt. Vì
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 để chế tạo lò vi sóng.
- Các phân tử nước tương tác lẫn nhau thông qua liên kết hiđrô 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 nguyên tử hidro đóng vai trò quan trọng cho việc tạo thành
các liên kết hidro, bởi vì chỉ có như vậy nguyên tử hidro mới có thể đến gần nguyên tử
oxy một chừng mực đầy đủ. Các chất tương đương của nước, thí dụ như dihidro sulfua
(H2S), không 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 khối lượng mol
nhỏ vào khoảng 18 g/mol vẫn ở thể lỏng trong điều kiện tiêu chuẩn. Ngược lại, H 2S tồn
Đặng Hưu Hướng-Hóa1-K9

Page 12

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

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 thể nổi lên trên mặt nước; hiện tượng này được
giải thích nhờ vào liên kết cầu nối hiđro.
Liên kết hiđro:

Các tính chất hóa lý của nước:
Cấu tạo của phân tử nước tạo nên các liên kết hiđrô giữa các phân tử là cơ sở cho
nhiều tính chất của nước. Cho đến nay một số tính chất của nước vẫn còn là câu đố 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 dùng làm hai
điểm mốc cho độ bách phân Celcius. Cụ thể, nhiệt độ nóng chảy của nước là 0 độ
Celcius, còn nhiệt độ sôi (760 mm Hg) bằng 100 độ Celcius. Nước đóng băng được gọi là
nước đá. Nước đã hóa hơi được gọi là hơi nước. Nước có nhiệt độ sôi tương đối cao nhờ
liên kết hiđrô
Dưới áp suất bình thường nước có khối lượng riêng (tỷ trọng) cao nhất là ở 4 °C: 1
g/cm³ 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. Điều này có nghĩa là: Với nhiệt độ trên
4 °C, nước có đặc tính giống mọi vật khác là nóng nở, lạnh co; nhưng với nhiệt độ dưới
4 °C, nước lại lạnh nở, nóng co. Do hình thể đặc biệt của phân tử nước (với góc liên kết
104,45°), khi bị làm lạnh các phân tử phải dời xa ra để tạo liên kết tinh thể lục giác mở.
Vì vậy mà tỉ trọng của nước đá nhẹ hơn nước thể lỏng.

Đặng Hưu Hướng-Hóa1-K9

Page 13

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
Khi đông lạnh dưới 4 °C, các phân tử nước phải dời xa ra để tạo liên kết tinh thể lục
giác mở.

Nước là một dung môi tốt nhờ vào tính lưỡng cực. Các hợp chất phân cực hoặc có
tính ion như axít, rượu và muối đều dễ tan trong nước. Tính hòa tan của nước đóng vai
trò rất quan trọng trong sinh học vì nhiều phản ứng hóa sinh chỉ xẩy ra trong dung dịch
nước.
Nước tinh khiết không dẫn điện. Mặc dù vậy, do có tính hòa tan tốt, nước hay có tạp
chất pha lẫn, thường là các muối, tạo ra các ion tự do trong dung dịch nước cho phép
dòng điện chạy qua.
Về mặt hóa học, nước là một chất lưỡng tính, có thể phản ứng như một axit hay
bazơ. Ở 7 pH (trung tính) hàm lượng các ion hydroxyt (OH-) cân bằng với hàm lượng của
hydronium (H3O+). Khi phản ứng với một axit mạnh hơn thí dụ như HCl, nước phản ứng
như một chất kiềm:
HCl + H2O ↔ H3O+ + ClVới ammoniac nước lại phản ứng như một axit:
NH3 + H2O ↔ NH4+ + OH2.2. Axêtôn(C3H6O)
Axeton là hợp chất hữu cơ, có công thức là
(CH3)2CO. Axeton là một chất lỏng dễ cháy, không
màu và là dạng xeton đơn giản nhất. Axeton tan
trong nước và là dung môi chủ yếu dùng để làm sạch
trong phòng thí nghiệm, đồng thời là một chất dùng
để tổng hợp các chấthữu cơ và còn được sử dụng
trong các thành phần hoạt chất của sơn móng tay. 6,7
triệu tấn axeton được sản xuất trên toànthế giới trong năm 2010, chủ yếu sử dụng làm
dung môi và sản xuất metyl metacrilat và bisphenol. Axeton được sản xuất và thải ra
trong cơ thể người thông qua quá trình trao đổi chất và thường có trong máu và nước tiểu.
Thử nghiệm độc tính sinh sản cho thấy rằng nó có tiềm năng thấp gây ra vấn đề sinh sản.
Phụ nữ mang thai và cho con bú, trẻ em và những người mắc bệnh tiểu đường tiết nhiều
axeton hơn những người khác. Đồng thời, khẩu phần ăn nhiều chứa nhiều xeton làm tăng
hàm lượng axeton, giúp trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ giảm những cơn động kinh nếu mắc bệnh
động kinh đề kháng.

Đặng Hưu Hướng-Hóa1-K9

Page 14

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
Công thức hóa học : CH3-CO-CH3

2.2.1 Một số thông số vật lý của axeton:
-Nhiệt độ sôi:56,1o
-Nhiệt độ nóng chảy:-94,6o C
-Nhiệt dung riêng(Cp):22Kcal/mol(chuẩn ở 1020 C)
-Độ nhớt (µ):0,316 cp(ở 25o C)
- Nhiệt trị : 0.5176 cal/g ( ở 200 C)
Axeton là một dung môi tốt cho nhiều chất hữu cơ aceton làm dung môi tốt đối với
các nitro xeluloza, acetyl xenluloza. Nó ít độc nên được dùng làm dung môi cả trong
công nghiệp dược phẩm và thực phẩm.,nó được sử dụng để tổng hợp nhiều chất hưu cơ
phần lớn được dùng làm dung môi nhất là trong công nghiệp sản xuất nhựa, vecni, chất
dẻo và nhiều sản phẩm tiêu dùng

2.2.2Tính chất :
a.Tính chất vật lí :
- Aceton là chất lỏng không mầu, dễ bay hơi và có mùi đặc biệt
- Khác với ancol giữa các phân tử aceton không có liên kết H nên t0 nóng chảy thấp hơn
ancol nhưng có t0 sôi cao hơn hydrocacbon vì nhóm C=O phân cực.
Aceton tan tốt trong nước nhờ có liên kết H với nước.
b. Tính chất hóa học :Trong phân tử axêtôn liên kết C=O luôn luôn phân cực về phía
O vì oxi có độ âm điện lớn hơn C nên nhóm C=O sẽ quyết định những tính chất hóa học
đặc chưng của axêtôn và đặc chưng nhất là phản ứng cộng nucleophin.

Đặng Hưu Hướng-Hóa1-K9

Page 15

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
 Phản ứng cộng vào nhóm C=O
- Cacbon trong liên kết C=O mang điện tích (+) do liên kết C=O phân cực về phía O
nên aceton có thể cộng với nhiều tác nhân nucleophin khác nhau như: H-OH, RO-H, HCN, R-MgBr...
Cộng H2O tạo rượu bậc 2:
Cộng rượu tạo hêmixetal (phản ứng khó xảy ra và hiệu suất không cao).
Cộng natrihydrosunphit tạo thành hợp chất cộng bisunphit.
Cộng xianua tạo thành xianhydrin.
Cộng hợp chất cơ Magiê.
Phản ứng thế nguyên tử oxi của nhóm cacbonyl.
Thực chất đây là phản ứng cộng nucleophin vào nhóm C=O và được nối tiếp ngay
bằng phản ứng tách nước để được sản phẩm thay thế.
phản ứng thế tạo liên kết C=C ( phản ứng andol hoá).
- Khi có mặt chất xúc tác là bazơ, phân tử aceton có thể tác dụng với phân tử khác
có nhóm -CH2- linh động (-CH2- bên cạnh nhóm hút e như C=O, NO2...)
phản ứng thế tạo liên kết C=N.
- Aceton có thể tác dụng với dẫn xuất của NH3 tạo thành một sản phẩm thế theo một
phản ứng 2 giai đoạn.
CH3COCH3 + RNH2 --> (CH3)2C=N-R + H2O. (R có thể là H, ankyl...)
Phản ứng OXH-K
Phản ứng OXH
- Khác với anđêhit, aceton không bị oxh bởi dung dịch AgNO 3, Cu(OH)2 trong môi
trường kiềm.
- Khi gặp chất oxh mạnh(KMnO4/H2SO4;K2Cr2O7/H2SO4,.) thì aceton bị gãy mạch C
cạnh nhóm cacbonyl tạo axit hữu cơ.
2.2.3.Ứng dụng:

a.Sản xuất sơn và nhựa resin.
Acetone là dung môi hoà tan tốt nitrocellulose, cellulose acetate, cellulose ether, được
dùng để làm giảm độ nhớt của sơn có các nhựa này. Đặc biệt, nó thích hợp để sản xuất
Đặng Hưu Hướng-Hóa1-K9

Page 16

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
sơn mau khô vì có tốc độ bay hơi cao. Ngoài ra cũng dùng Acetone trong sản xuất sơn có
hàm lượng chất rắn cao.
b.Dược và mỹ phẩm
Acetone đựơc dùng làm chất khử nứơc trong sản xuất thuốc và trong công nghiệp mỹ
phẩm, sơn và nước rữa móng tay
c.Nén khí Acetylene
Acetylene là một khí công nghiệp quan trọng nhưng không thể nén một cách hiệu quả để
bảo quản tỏng các bình hình trụ mà không có nguy cơ nổ. Acetone có thể hoà tan lượng
lớn khí Acetylene ( khoảng 300 lần thể tíhc so vơi thể tích của chính nó). Acetylene được
dùng trong bình khí cùng với khí acetone ở dạng đất sét hấp thụ. Vì acetylene được hấp
thụ hết bằng acetone nen khi khí Acetone bay ra sẽ kèm theo khí acetylene.Cần phải bổ
sung khí acetone mới đều đặn.
d. Các ứng dụng khác:
Acetone được dùng trong các ứng dụng sau :
- Dung môi tẩy rửa và khử nước cho các thành phần điện tử.
- Đồng dung môi cho neoprene (cao su tổng hợp), cho acrylic và nitrocellulose.
- Mực in mau khô .
- Dung môi tẩy trong tẩy rửa khô.

Đặng Hưu Hướng-Hóa1-K9

Page 17

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
3.Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất:
3.1 Dây chuyền sản xuất:

N íc

6
3
N íc l¹nh

5

7

H¬i ®èt

N íc
N íc l¹nh

4
9

11

N íc ng ng

H¬i ®èt

11

N íc ng ng

2

10

1

Đặng Hưu Hướng-Hóa1-K9

Page 18

8

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
Hình 1.1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ chưng luyện liên tục

CHÚ THÍCH:
1. Thùng chứa hỗn hợp đầu

7. Thiết bị làm lạnh sản phẩm 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 đầu

10. Thùng chứa sản phẩm đáy

5. Tháp chưng luyện

11. Thiết bị tháo nước ngưng

6. Thiết bị ngưng tụ hồi lưu

3.2.Thuyết 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 khống 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 sôi bằng hơi nước bão hoà, từ thiét bi gia nhiệt (4) dung dịch được đưa
vào tháp chưng luyện (5) nhờ đĩa tiếp liệu, trong tháp hơi đi từ dưới lên gặp chất nỏng đi
từ trên xuống, nhiệt độ và nồng độ các cấu tử thay đổi theo chiều 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 cuối cùng trên đỉnh ta thu được hỗn hợp gồm hầu hết các cấu tử dễ bay hơi. Hơi đó đi
vào thiết bị ngưng tụ hồi lưu (6), ở đây nó được ngưng tụ lại.
Một phần chất lỏng đi qua thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết rồi
đi vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (8), một phần khác hồi lưu về tháp ở đĩa trên cùng.
Chất lỏng đi từ trên xuống gặp hơi có nhiệt độ cao hơn, một phần cấu tử có nhiệt độ
sôi thấp được bốc hơi và do đó nồng độ cấu tử khó bay hơi trong chất lỏng ngày càng
tăng và cuối cùng ở đáy tháp ta thu dược hỗn hợp lỏng gồm 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.

Đặng Hưu Hướng-Hóa1-K9

Page 19

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
2.1 Tính toán cân bằng vật liệu toàn thiết bị:
Kí hiệu các đại lượng như sau:
F : lượng nguyên liệu đầu (kmol/h)
P : lượng sản phẩm đỉnh (kmol/h)
W: lượng sản phẩm đáy (kmol/h)
xF: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu
xP: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đỉnh
xW: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy.
Giả thiết:
+ Số mol pha hơi đi từ dưới lên là bằng nhau trong tất cả mọi tiết diện của tháp.
+ Số mol chất lỏng không thay đổi 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 phần của hơi
đi ra ở đỉnh tháp.
+ Cấp nhiệt ở đáy tháp băng hơi đốt gián tiếp.
Yêu Cầu thiết bị:
F: Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu = 20880 kg/giờ
Thiết bị làm việc ở áp suất thường (P = 1 at)
Tháp chưng loại: tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền.

Điều kiện:
aF : Nồng độ nước trong hỗn hợp đầu = 31% (phần khối lượng)
aP: Nồng độ nước trong sản phẩm đỉnh = 97% (phần khối lưọng)
aW: Nồng độ nước trong sản phẩm đáy = 1% (phần khối lượng)
MA: Khối lượng phân tử của nước = 18 (kg/kmol)
MB: Khối lượng phân tử của metylic = 58 (kg/kmol)
Đổi từ phần khối lượng sang phần mol:

Đặng Hưu Hướng-Hóa1-K9

Page 20

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

x= =

= 0,122 (phần mol)

x= = = 0,909 (phần mol)
x = = = 0,00313 (phần mol)
Tính khối lượng mol trung bình:
Áp dụng công thức: M = x.M + (1 - x).M
Ta có :
MF= 0,122 .58 + ( 1- 0,122 ).18= 22,895 (kg / kmol)
MP= 0,909.58 + (1- 0,909).18= 54,375 (kg / kmol)
Mw= 0,00313 .58 + (1- 0,00313).18= 18.125(kg / kmol)
2.2 Cân bằng vật liệu :
Hỗn hợp đầu vào F (nước – axêtôn) được phân tách thành sản phẩm đỉnh P
(axêtôn), và sản phẩm đáy W (nước). Ở đĩa trên cùng có 1 lượng lỏng hồi lưu, ở đáy tháp

có thiết bị đun sôi. Lượng hơi đi ra đỉnh tháp Do.
Sơ đồ

D,yD

D0

L0

DU

LU

F,xF

P,xP

W,xW

Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống chưng
Phương trình cân bằng vật liệu:
G =G+G
Đặng Hưu Hướng-Hóa1-K9

Page 21

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
Trong đó:
- G là lượng hỗn hợp đầu đi vào tháp (kg / h)

- G là lượng sản phẩm đỉnh (kg / h)
- G là lượng sản phẩm đáy (kg / h)
Phương trình cân bằng vật liệu cho cấu tử dễ bay hơi (H 2O):
G.aF = G.aP + G.aW
Theo đề bài:
-Lượng hỗn hợp đầu:
GF= 20880 kg/giờ= = 912 ( kmol/ h)
-Lượng sản phẩm đỉnh:
Gp =G . = 20880. = 6525 ( kg/h)
==>GP= = 120 (kmol/h)
-Lượng sản phẩm đáy:
G = F. = 20880. =14355 (kg/h)
-

GW= = 792 ( kmol/h)

2.3. Tính chỉ số hồi lưu tối thiểu:
Từ số liệu bảng IX.2a (Sổ tay QT&TBCNHC-2 trang 145 ) ta có thành phần cân
bằng lỏng hơi của nước – metylic được cho theo bảng sau :
x

0

5

y

0

t

100

10

12,2

20

30

40

50

60

70

80

90

60,3 72

73,82
6

80,3

82,7

84,2

85,5

86,9

88,2

90,4

94,3 100

77,9 69,6

68,48

64,5

62,6

61,6

60,7

59,8

59

58,2

57,5 56,9

Từ bảng số liệu trên ta vẽ được đồ thị y - x, từ đó xác định được chỉ số hồi lưu
tối thiểu:

Đặng Hưu Hướng-Hóa1-K9

Page 22

100

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Với giá trị x = 0,122 ta kẻ đường song song với trục y và cắt đường cân bằng ,từ
đó ta kẻ đường song song với trục x cắt trục y tại B và ta xác định được giá trị
y* = 0,73826.
Từ đó ta tính được R:
R= =

= 0,277

Đặng Hưu Hướng-Hóa1-K9

Page 23

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

2.3.1.Tính chỉ số hồi lưu thích hợp:
Chỉ số hồi lưu làm việc thường được xác định thông qua chỉ số hồi lưu tối thiểu:
R = β .Rmin
Trong đó: β: hệ số dư hay hệ số hiệu chỉnh.
Tính gần đúng ta lấy chỉ số hồi lưu làm việc bằng:
R = (1, 2 ÷ 2,5).Rmin

Ta biết Rmin, cho β biến thiên bất kì trong khoảng (1,2÷2,5), tính được R tương ứng.
Ở mỗi R tương ứng ta vẽ đường làm việc và vẽ các bậc thay đổi nồng độ lý thuyết N.
xP x F
Dưới đây là các đồ thị xác định số đĩa lí thuyết trên cơ sở đường cân bằng, , ,
xW
xP y P
. Đường làm việc đoạn luyện đi qua điểm ( , ) và cắt trục tung tại điểm có tung độ
B = , đường làm việc đoạn chưng đi qua giao điểm của đường làm việc đoạn luyện với
xF = const
xW yW
đường
và điểm ( , ). Vẽ các tam giác như hình ta thu được số đĩa lý
thuyết.

β
R
B
N
N.(R+1)

1,2
0,3324
0,682

9
11,992

1,3
0,3601
0,668
8
10,881

1,4
0,3878
0,655
7
9,7146

1,5
0,4155
0,642
7
9,9085

1,6
0,4432
0,63
7
10,102

1,7
0,4709
0,618

7
10,296

1,8
0,4986
0,607
6
8,9916

β
R
B
N
N.(R+1)

1,9
0,5263
0,5956
6
9,1578

2
0,554
0,5849
6
9,324

2,1
0,5817
0,5747

6
9,4902

2,2
0,6094
0,5648
6
9,6564

2,3
0,6371
0,5553
6
9,8226

2,4
0,6648
0,546
6
9,9888

2,5
0,6925
0,5371
6
10,155

Khi

β

=1,2

Đặng Hưu Hướng-Hóa1-K9

Page 24

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

⇒R =0,3324 , B=0,682. Khi đó ta xac định được số đĩa lí thuyết Nlt =9

Đặng Hưu Hướng-Hóa1-K9

Page 25

Đồ án môn học quá trình và thiết bị: Thiết kế tháp chưng liên tục loại tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp CH3COCH3 –H20.

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về