Thiết kế tháp chưng liên tục loại tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp CH3COCH3 – h2o
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (616.59 KB, 103 trang )
BỘ CÔNG THƯƠNG
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
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 – H2O
II) CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU:
+ Hỗn hợp cần tách:
CH3COCH3 – H2O
+ Năng suất tính theo hỗn hợp đầu: F= 16 (tấn/h)
+ Nồng độ cấu tử dễ bay hơi:
- Hỗn hợp đầu:
aF = 0,38 (phần khối lượng)
- Sản phẩm đỉnh:
ap = 0,929 (phần khối lượng)
- Sản phẩm đáy:
aw = 0,07 (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.
5/ Tài liệu tham khảo.
IV) CÁC BẢN VẼ VÀ ĐỒ THỊ:
+ Bản vẽ dây chuyền sản xuất A4
+ Bản vẽ thiết bị chính và lắp giáp A0
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hoá
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU.............................................................................................................................3
3.1.3 Diện tích trao đổi nhiệt.............................................................................................56
3.2 Tính toán thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đáy.........................................................................63
3.2.1 Tính hiệu số nhiệt độ trung bình của hai lưu thể......................................................63
3.2.2 Lượng nhiệt trao đổi.................................................................................................64
3.2.3 Diện tích trao đổi nhiệt.............................................................................................65
3.3 Tính toán Bơm................................................................................................................72
3.3.1 Trở lực trong ống dẫn từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt....................................72
3.3.2 Trở lực trong ống dẫn từ thiết bị gia nhiệt đến tháp................................................75
3.3.3 Trở lực trong thiết bị gia nhiệt.................................................................................77
3.4 Tính chiều cao của thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu.......................................................79
3.5 Tính công suất của Bơm.................................................................................................80
Đồ án môn Quá trình thiết bị
Page 2
Phạm Thị Lan Anh
Lớp Công Nghệ Hóa 1-K7
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hoá
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
Đồ án môn Quá trình thiết bị
Page 3
Phạm Thị Lan Anh
Lớp Công Nghệ Hóa 1-K7
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hoá
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
nước
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 – Nước “ 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
Đồ án môn Quá trình thiết bị
Page 4
Phạm Thị Lan Anh
Lớp Công Nghệ Hóa 1-K7
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hoá
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 thầy Vũ Minh Khôi, người đã trực tiếp hướng dẫn và
giúp đỡ em rất nhiều trong suốt thời gian thực hiện đồ án thiết kế.
Đồ án môn Quá trình thiết bị
Page 5
Phạm Thị Lan Anh
Lớp Công Nghệ Hóa 1-K7
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hoá
Phần 1 :GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỖN HỢP CHƯNG LUYỆN
Nguyên liệu là hỗn hợp Axeton – Nước
Aceton và nước là hai loại hoá chất quan trọng trong nghành công nghiệp hóa
chất.
1.1.Giới thiệu về Axeton – Nước
1.1.1. Axeton
Aceton có công thức phân tử: CH3 –CO-CH3,khối lượng phân tử:58 đvC. Là
chất lỏng không màu,có mùi đặc trưng,tan nhiều trong nước.
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)
-Độnhớt (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
* Tính chất hóa học đặc trưng của axeton:
Phản ứng chính của axeton chủ yếu vào nhóm cacbonyl(-CO-), ngoài ra còn có
phản ứng thế vào nhóm -CH3 . Dưới đây là một số ví dụ cụ thể:
-phản ứng ở nhóm –CO- : Axeton rất nghèo phản ứng, Xeton có phản ứng khử
giống andehit nhưng tạo ra ancol bậc II:
CH3-CO-CH3 + H2 --> CH3-CH(OH)-CH3
Xeton khó bị oxi hóa vì các gốc hidrocacbon đã cản trở không gian.Tuy nhiên
nó có thể bị oxi hóa bởi dung dich thuốc tím đun nóng với axit sunfuric tạo ra
hỗn hợp các axit cacboxylic.
Đồ án môn Quá trình thiết bị
Page 6
Phạm Thị Lan Anh
Lớp Công Nghệ Hóa 1-K7
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hoá
Phản ứng ở gốc hidrocacbon:
CH3-CO-CH3 + Br2 --> CH3-CO-CH2Br + HBr.
Lưu ý:Phản ứng trên xảy ra khi dùng brom khan và có xúc tác axit axetic đun
nóng
Các phương pháp điều chế axeton:
1-oxi hóa hidrocacbon:khi đốt cháy chậm n-ankan ở pha khí ta có thể thu được
axeton
2-oxi hóa ancol:đây là phương pháp quan trọng nhất để điều chế hợp chất
cacbonyl
VD: CH3-CH(OH)-CH3 → CH3 –CO-CH3 +H2O
Propal-2-ol
Axeton
3-oxi hóa cumen(chỉ riêng đối với của axeton)
C6H5-CH(CH3)2 +O2 → CH3 –CO-CH3 +C6H5-OH
2. Nước
Nước là một hợp chất hóa học của Oxy và Hidro, có công thức hóa học
là H2O. Với các tính chất lí hóa đặc biệt (ví dụ như tính lưỡng cực, liên kết
hiđro 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:
Phân tử nước bao gồm 2 nguyên tử Hidro và 1 nguyên tử Oxy. Về mặt
hình học thì phân tử nước có góc liên kết là 104,450. 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:
Đồ án môn Quá trình thiết bị
Page 7
Phạm Thị Lan Anh
Lớp Công Nghệ Hóa 1-K7
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hoá
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 ôxy, 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 moment 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.
Liên kết Hidro:
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 hiđrô 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 hiđrô đóng vai trò quan trọng cho việc tạo
thành các liên kết hiđrô, bởi vì chỉ có như vậy nguyên tử hiđrô mới có thể đến
gần nguyên tử ôxy một chừng mực đầy đủ. Các chất tương đương của nước, thí
dụ như đihiđrô 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 hiđrô 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 tại ở dạng khí cùng ở
trong những điều kiện này. Nước có khối lượng riêng lớn 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 hiđrô.
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.
Đồ án môn Quá trình thiết bị
Page 8
Phạm Thị Lan Anh
Lớp Công Nghệ Hóa 1-K7
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hoá
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 đóng
băng 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.
Nước là một dung môi tốt nhờ vào tính lưỡng cực. Các hợp chất phân cực
hoặc có tính ion như axit, 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
xảy 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+ + OH1.1.3. Hỗn hợp Axeton- Nước
Đồ án môn Quá trình thiết bị
Page 9
Phạm Thị Lan Anh
Lớp Công Nghệ Hóa 1-K7
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hoá
Dựng đường cân bằng theo số liệu đường cân bằng tra ở đường cân bằng
lỏng- hơi và nhiệt độ sôi của 2 cấu tử ở 760 mmHg ( tính theo % số mol ) của
axeton- nước ( Bảng IX. 2a_ 145_STQTTB tập II )
X 0
5
10
20
Y 0
60,3 72
80,3
T 100 77,9 69,9 64,5
30
40
50
60
70
82,7 84,2 85,5 86,9 88,2
62,6 61,6 60,7 59,8 59
80
90
100
90,4 94,3 100
58,2 57,5 56,9
1.2.Sơ đồ dây chuyền và nguyên lý làm việc
1.2.1.Sơ đồ dây chuyền
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) : Nồi đun
(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.
Đồ án môn Quá trình thiết bị
Page 10
Phạm Thị Lan Anh
Lớp Công Nghệ Hóa 1-K7
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hoá
6 13
P T
2
NÖÔÙC NOÙNG
NÖÔÙC NOÙNG
12
5
7
NÖÔÙC
HO I NU? C
HÔI NÖÔÙC
4
NÖÔÙC
9
T
3
1
10 NÖÔÙC NGÖNG
11
14
1.2.2.Nguyên lý làm việc
Hỗn hợp axeton – nước có nồng độ Axeton 38% (theo khối lượng), nhiệt
độ khoảng 270C tại bình chứa nguyên liệu (11) được bơm (1) bơm lên bồn cao
vị (2). Từ đó được đưa đến thiết bị gia nhiệt (2) (trao đổi nhiệt với sản phẩm
đáy). Ở đây, hỗn hợp được đun sôi đến nhiệt độ sôi. Sau đó, hỗn hợp được đưa
vào tháp chưng luyện (5) ở đĩa nhập liệu.
Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn cất của
tháp chảy xuống. Trong tháp hơi, đi từ dưới lên gặp chất lỏng từ trên xuống. Ở
đây, có sự tiếp xúc và trao đổi của 2 pha với nhau. Pha lỏng chuyển động trong
phần chưng càng xuống dưới càng giảm, nồng độ các cấu tử dễ bay hơi, vị đã bị
Đồ án môn Quá trình thiết bị
Page 11
Phạm Thị Lan Anh
Lớp Công Nghệ Hóa 1-K7
8
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hoá
pha hơi tạo nên từ nồi đun (9) lôi cuốn cấu tử dễ bay hơi. Nhiệt độ càng lên trên
càng thấp, nên khi hơi đi qua các đĩa từ dưới lên thì cấu tử có nhiệt độ sôi cao là
nước sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp có cấu tử là
Axeton chiếm nhiều nhất (có nồng độ 92,9% theo khối lượng). Hơi này đi vào
thiết bị ngưng tụ (6) và được ngưng tụ một phần (ngưng tụ hồi lưu). Một phần
chất lỏng ngưng đi qua thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh (7) được làm nguội đến
300C rồi được đưa qua bồn chứa sản phẩm đỉnh (8). Phần còn lại của chất lỏng
ngưng được hồi lưu về tháp ở đĩa trên cùng với tỷ số hồi lưu tối ưu. Một phần
cấu tử có nhiệt độ sôi thấp được bốc hơi, còn lại cấu tử có nhiệt độ sôi cao trong
chất lỏng ngày càng tăng. Cuối cùng ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng gồm
hầu hết là cấu tử khó bay hơi (nước). Hỗn hợp lỏng ở đáy có nồng độ axeton là
7% theo khối lượng, còn lại là nước. Dung dịch lỏng ở đáy đi ra khỏi tháp, một
phần được đun, bốc hơi ở nồi đun (9) cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc,
phần còn lại được trao đổi nhiệt với nhập liệu (sau khi đi qua bồn cao vị).
Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là Axeton, sản phẩm
đáy sau khi trao đổi nhiệt với nhập liệu được loại bỏ
Đồ án môn Quá trình thiết bị
Page 12
Phạm Thị Lan Anh
Lớp Công Nghệ Hóa 1-K7
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hoá
Phần 2.TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
2.1.Cân bằng vật liệu
2.1.1.Chuyển từ phần khối lượng sang phần mol
• Các thông số ban đầu
Năng suất hỗn hợp đầu : GF = 16000 (Kg/h) .
Nồng độ nhập liệu
: x F = 38%
Nồng độ sản phẩm đỉnh : x P= 92,9%.
Nồng độ sản phẩm đáy : xW =7%
Khối lượng phân tử của Axeton và Nước
M A = 58(kg/kmol)
M B = 18 (kg/kmol)
Ta quy đổi từ nồng độ phần khối lượng sang nồng độ phần mol:
xF
0,38
MA
xF = x
= 0,38 58
1 − 0,38 = 0,15981
1
−
x
F
F
+
+
58
18
MA
MB
xP
0,929
MA
xP = x
= 0,929 58
1 − 0,929 =0,8024
1
−
x
P
P
+
+
58
18
MA
MB
x
= x
W
W
MA
x W
0,07
MA
58
1 − x W = 0, 07 1 − 0, 07 = 0,0228
+
+
58
18
MB
Cân bằng vật chất cho toàn tháp :
G F = G P + GW
x F G F = x P .G P + xW GW
Lượng hỗn hợp đầu vào:
0,38 1 − 0,38
+
÷.16000 = 655,9387(kmol/h)
18
58
G F =
Đồ án môn Quá trình thiết bị
Page 13
Phạm Thị Lan Anh
Lớp Công Nghệ Hóa 1-K7
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hoá
x −x
F
Ta có : G P = G F . x − x
P
⇒ GP = 655,9387.
Do đó G
W
W
W
0,15981 − 0, 0228 = 115,2773(kmol/h)
0,8024 − 0, 0228
= 655,9387 – 115,2773 = 504,6614 (kmol/h)
Ta có phương trình cân bằng vật liệu
F=P+W
x F .F = P.x P + x
⇒ P = 16000.
W
.W
0,38 − 0, 07
= 5774,156
0,929 − 0, 07
(kg/h)
W=F-P=16000 – 5774,156 = 10225,844(kg/h)
2.1.2.Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp
a.Chỉ số hồi lưu tối thiểu
X
Y
T
0
0
100
5
60,3
77,9
10
20
72
80,3
69,9 64,5
30
40
50
60
70
82,7 84,2 85,5 86,9 88,2
62,6 61,6 60,7 59,8 59
80
90
100
90,4 94,3 100
58,2 57,5 56,9
Dựng đường cân bằng theo số liệu đường cân bằng tra ở đường cân bằng
lỏng- hơi và nhiệt độ sôi của 2 cấu tử ở 760 mmHg ( tính theo % số mol ) của
axeton- nước ( Bảng IX. 2a_ 145_STQTTB tập II )
Đồ án môn Quá trình thiết bị
Page 14
Phạm Thị Lan Anh
Lớp Công Nghệ Hóa 1-K7
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hoá
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0 Xw
0.1 Xf 0.2
0.3
0.4
0.5
0
0.6
0.7
00.8
0.9
Xp
1
-Cách xác định yF*:
Từ điểm xF=0,15981 kẻ một đường thẳng song song với trục y và cắt đường
cân bằng tại A
Từ điểm A ta kẻ đường thẳng song song với trục x và cắt đường cân bằng tại
B
Điểm B chính là điểm cần tìm của yF*
Vậy yF* =0,78
Do đó chỉ số hồi lưu tối thiểu là: R min =
Đồ án môn Quá trình thiết bị
xP − y F
yF
∗
Page 15
∗
− xF
0,8024 − 0, 78
= 0, 78 − 0,15981 = 0, 0361
Phạm Thị Lan Anh
Lớp Công Nghệ Hóa 1-K7
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hoá
b.Chỉ số hồi lưu thích hợp
Vấn đề chọn chỉ số hồi lưu thích hợp rất quan trọng, vì khi chỉ số hồi
lưu bé thì số bậc của tháp lớn hơn nhưng tiêu tốn lượng hơi đốt ít, ngược lại khi
chỉ số hồi lưu lớn thì số bậc tháp ít hơn nhưng tiêu tốn hơi đốt lớn
Rth : chỉ số hồi lưu thích hợp được tính theo tính chất thể tích tháp nhỏ nhất
Nlt : số bậc thay đổi nồng độ ( số đĩa lý thuyết )
→ Chỉ số hồi lưu thích hợp
Rx = β. Rmin
β : hệ số hiệu chỉnh ( 1,2 → 2,5 )
Ứng với mỗi giá trị R > Rmin, ta dựng một đường làm việc tương ứng và
tìm được một giá trị Nlt
•
Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện
y=
Rx
XP
.x +
Rx + 1
Rx + 1
Trong đó
- y: là nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi đi từ dưới lên
- x: là nồng đọ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng chảy từ trên đĩa
xuống
- Rx : chỉ số hồi lưu thích hợp
•
Phương trình đường nồng đọ làm việc của đoạn chưng
y=
Rx + f
f −1
.x −
.xw
Rx + 1
Rx + 1
Đồ án môn Quá trình thiết bị
Page 16
Phạm Thị Lan Anh
Lớp Công Nghệ Hóa 1-K7
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hoá
Khi β =1,2
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0 Xw
0.1 Xf 0.2
0.3
0.4
0.5
0
0.6
0.7
00.8
0.9
Xp
⇒R =1,2.0,0361=0,0433. Khi đó ta xac định được số đĩa lí thuyết Nlt =4
Đồ án môn Quá trình thiết bị
Page 17
Phạm Thị Lan Anh
Lớp Công Nghệ Hóa 1-K7
1
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hoá
Khi β =1,4
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0 Xw
0.1 Xf 0.2
⇒ R = 0,05054
0.3
0.4
0.5
0
0.6
0.7
00.8
0.9
Xp
1
Nlt =4
Đồ án môn Quá trình thiết bị
Page 18
Phạm Thị Lan Anh
Lớp Công Nghệ Hóa 1-K7
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hoá
Khi β =1,6
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0 Xw
0.1 Xf 0.2
⇒R=0,05776
0.3
0.4
0.5
0
0.6
0.7
00.8
0.9
Xp
1
Nlt =4
Đồ án môn Quá trình thiết bị
Page 19
Phạm Thị Lan Anh
Lớp Công Nghệ Hóa 1-K7
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hoá
Khi β =1,8
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0 Xw
0.1 Xf 0.2
0.3
0.4
0.5
0
0.6
0.7
00.8
0.9
Xp
1
⇒R=0,06498 và Nlt =4
Đồ án môn Quá trình thiết bị
Page 20
Phạm Thị Lan Anh
Lớp Công Nghệ Hóa 1-K7
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hoá
Khi β =2
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0 Xw
0.1 Xf 0.2
0.3
0.4
0.5
0
0.6
0.7
00.8
0.9
Xp
1
⇒R=0,0722 Nlt =4
Đồ án môn Quá trình thiết bị
Page 21
Phạm Thị Lan Anh
Lớp Công Nghệ Hóa 1-K7
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hoá
Khi β =2,2
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0 Xw
0.1 Xf 0.2
0.3
0.4
0.5
0
0.6
0.7
00.8
0.9
Xp
1
⇒R=0,07942 Nlt=3
Đồ án môn Quá trình thiết bị
Page 22
Phạm Thị Lan Anh
Lớp Công Nghệ Hóa 1-K7
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hoá
Khi β =2,4
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0 Xw
0.1 Xf 0.2
0.3
0.4
0.5
0
0.6
0.7
00.8
0.9
Xp
1
⇒R=0,08664 Nlt=4
Đồ án môn Quá trình thiết bị
Page 23
Phạm Thị Lan Anh
Lớp Công Nghệ Hóa 1-K7
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hoá
Khi β =2,5
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0 Xw
0.1 Xf 0.2
0.3
0.4
0.5
0
0.6
0.7
00.8
0.9
Xp
⇒R=0,09025 Nlt=4
Với
Β =1,2-2,5
Rmin=0,6535
RX =Rmin. β
xP =0,98065
B =
XP
Rx + 1
Đồ án môn Quá trình thiết bị
Page 24
Phạm Thị Lan Anh
Lớp Công Nghệ Hóa 1-K7
1
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Hoá
Kết quả tính toán thu được bảng sau:
Β
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
2,4
2,5
Rmin
0,0361
RX
0,04332
0,05054
0,05776
0,06498
0,0722
0,07942
0,08664
0,09025
Nlt
4
4
4
4
4
3
4
4
Nlt.(R+1)
4,17328
4,20216
4,23104
4,25992
4,2888
3,23
4,346
4,361
xp
0,8024
B
0,769
0,7638
0,7586
0,7534
0,7484
0,7434
0,7384
0,736
Qua đồ thị ta thấy với Rx = 0,07942 thì N lt (R+1) nhỏ nhất hay thể tích tháp nhỏ
nhất. Vậy chỉ số hồi lưu thích hợp là: Rth = 0,07942
Số đĩa lý thuyết là: Nlt= 3 đĩa
Thay vào phương trình nồng độ làm việc
•
y=
Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện
Rx
XP
.x +
Rx + 1
Rx + 1
Trong đó
-
y: là nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi đi từ dưới lên
x: là nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng chảy từ trên
đĩa xuống
Rx : chỉ số hồi lưu thích hợp
Thay số vào ta được:
0, 07942
0,8024
y = 0, 07942 + 1 x + 0, 07942 + 1 = 0,074x + 0,74
•
y=
Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng
Rx + f
f −1
.x −
.xw =
Rx + 1
Rx + 1
0, 07942 + 2, 77
2, 77 − 1
xx
0, 07942 + 1
0, 07942 + 1 w
Đồ án môn Quá trình thiết bị
Page 25
Phạm Thị Lan Anh
Lớp Công Nghệ Hóa 1-K7
