Đồ án Thiết bị chưng luyện

Đồ án Thiết bị
CHI

GVHD: MAI THỊ PHƯƠNG

LỜI MỞ ĐẦU
Khoa học kỹ thuật ngày nay càng pháp triển và cùng với nó là nhu cầu ngày càng cao
về độ tinh khiết của các sản phẩm. Vì thế, các phương pháp nâng cao độ tinh khiết
luôn luôn được cải tiến và đổi mới để ngày càng hoàn thiện hơn, như là: cô đặc, hấp
thụ, chưng cất, trích ly,.... Tùy theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa
chọn phương pháp phù hợp. đối với hệ benzen_toluen là hai cấu tử tan lẫn hoàn toàn,
ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết.
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 việc 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 như: Chưng
luyện, cô đặc, trích ly. Tùy vào tính chất của hệ mà ta lựa chọn phương pháp thích
hợp.
Đồ án môn học Quá trình thiết bị là môn học mang tính tổng hợp trong quá trình học
tập của sinh viên nganh Công nghệ hóa học. môn học giúp sinh viên giải quyết nhiệm
vụ tính toán củ thể về: quy trinhg công nghệ, kết cấu, giá thành của một thiết bị trong
sản xuất hóa chất- thục phẩm. Đây là bước đầu tiên để sinh viên vận dụng những kiến
thức đã học của nhiều môn học vào giải quyết những vấn đề kỹ thuật thực tế một cách
tổng hợp.
Nhiệm vụ của đồ án này là thiết kế hệ thống chưng cất Benzen_ Toluen.


Đồ án Thiết bị
CHI

GVHD: MAI THỊ PHƯƠNG

CHƯƠNG 1 :GIỚI THIỆU CHUNG.
I. LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN.
1.1. Phương pháp chưng luyện.
- 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 hôn 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, tháp đệm,... Cùng với các thiết bị ta có phương
pháp chưng cất như:
a, Áp suất làm việc:
- Chưng cất ở áp suất thấp.
- Chưng cất ở áp suất bình thường.
- Chưng cất ở áp suất cao.
b, Nguyên lý làm việc: có thể làm theo nguyên lý liêntục 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 sơbộ hỗn hợp nhiều cấu tử.
• Chưng liên tục: là quá trình được thưc hiện liên tục nghịch dòng và nhiều đoạn.
1.2.Các phương pháp chưng luyện:
Phân loại theo áp suất làm việc :
-Áp suất thấp

- Áp suất thường.
-Áp suất cao.
 Phân loại theo nguyên ly làm việc:
- Chưng cất đơn giản.
-chưng cất bằng hơi trực tiếp.



Đồ án Thiết bị
CHI


GVHD: MAI THỊ PHƯƠNG

-chưng cất.
Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp:
- Cấp nhiệt trực tiếp.
- Cấp nhiệt gián tiếp.
Vậy đối với hệ Benzen_ Toluen, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp
nhiệt gián tiếp bằng bằng nồi đun ở áp suất thường.

1.3.Nguyên tắc chưng
-

-

-

Dựa trên tính chất vật lý về độ bay hơi của các cấu tử khác nhau là khác nhau.
Độ bay hơi của các cấu tử được thể hiện qua 2 thông số là T sôi và P hơi bão

hòa của chúng.
Trong 1 hỗn hợp gồm 2 cấu tử, cấu tử nào có độ bay hơi lớn hơn (tức là cấu tử
nhẹ, dễ bay hơi hơn) là cấu tử có Tsôi thấp hay Phơi bão hòa cao hơn so với cấu tử
kia.
Cấu tử còn lại có độ bay hơi nhỏ hơn (tức là cấu tử nặng, khó bay hơi hơn) là
cấu tử có Tsôi cao hay Phơi bão hòa thấp hơn so với cấu tử kia.
Qúa trình phân riêng các thành phần của hỗn hợp lỏng có nhiều thành phần
cũng tương tự như hỗn hợp lỏng có hai thành phần. Đối với trường hợp 2 cấ tử
ta có: Sản phẩm đỉnh gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần rất ít cấu tử có
độ bay hơi bé, còn sản phẩm đáy gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất
ít cấu tử có độ bay hơi lớn.

1.4. thiết bị chưng cất.
Trong sản xuất , người ta thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để tiến hành
chưng cất. Tuy nhiên, yêu cầu cơ bản chung của thiết bị vẫn giống nhau nghĩa là diện
tích tiếp xúc pha phải lớn. Điều này phụ thuộc vào mức độ phân tán của một lưu chất
này vào lưu chất kia. Nếu pha kia phân tán vào pha lõng ta có các loại tháp mân, nếu
pha lõng phân tán vào pha khi ta có tháo đệm, tháp phun,…
Trong đồ án này em được giao thiết kế tháp trưng luyện liên tục loại tháp đĩa có ống
chảy chuyền để phân tích hỗn hợp hai cấu tử benzen_ Toluen.


Đồ án Thiết bị
CHI

GVHD: MAI THỊ PHƯƠNG

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HÓA CHẤT
2.1. Benzen.
Benzen là một hợp chất mạch vòng, ở dạng lỏng không màu và có mùi thơm nhẹ.

Công thức phân tử của benzen là C6H6.
Công thức cấu tạo của benzen:

Benzen không phân cực, vì vậy nó tan tốt
trong các dung môi
hữu cơ không phân cực và tan rất ít trong
nước. Trước đây
thường sử dụng benzen làm dung môi; tuy nhiên về sau người ta phát hiện ra benzen
rất độc, nồng độ benzen trong không khí chỉ cần thấp khoảng 1ppm cũng có khả năng
gây bệnh bạch cầu, nên ngày nay benzen được sử dụng hạn chế hơn.
2.1.1. Tính chất vật lý:
Benzen là chất lỏng không màu, không tan trong nước nhẹ hơn nước, hòa tan được
nhiều chất độc D = 0,9 g/ml, nhiệt độ sôi 80oC.
Khối lượng phân tử: 78,1121g/mol
Nhiệt độ nóng chảy: 5,5oC
2.1.2. Tính chất hóa học:
Benzen là một hợp chất vòng bền vững, dễ tham gia phản ứng thế nhưng khó tham gia
phản ứng cộng và phản ứng oxy hóa. Đặc tính này gọi là tính thơm.
•

Tác dụng với oxi:

Benzen cháy trong không khí tạo thành CO2 và hơi nước, than muội.
2C6H6 + 15O2
•

12CO2 + 6H2O

Phản ứng thế Brom:

Benzen có tác dụng làm mất màu Br, sản phẩm tạo thành C6H5Br
C6H6 + Br2

C6H5Br + HBr

Lưu ý: C6H5Br chỉ tác dụng với Br2 nguyên chất ( xt Fe, t0) không tác dụng với Br
trong dung dịch.


Đồ án Thiết bị
CHI
•

GVHD: MAI THỊ PHƯƠNG

Phản ứng cộng:

Do cấu tạo đặc biệt nên benzene vừa có phản ứng thế vừa có phản ứng cộng
C6H6 + 3H2

C6H12

C6H6 + 3 Cl2

C6H6Cl6

2.1.3. phương pháp điều chế:
•

Điều chế Benzen từ khí metan:

2CH4
3C2H2

1500oC, làm lạnh nhanh

C2H2 + 3H2

C6H6 ( phản ứng Trime hóa)

2.1.4. Ứng dụng:
Dùng để điều chế nitro benzene, aniline, tổng hợp phẩm nhuộm, dược phẩm…,
clobenzen là để tổng hợp DDT, hexacloaran( thuốc trừ sâu ), stiren( monomer để tổng
hợp chất dẻo ), và nhiều sản phẩm quan trọng khác.. Benzen còn được dung làm dung
môi.

Cả axeton và benzene đều đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp hóa.
2.2. Toluen.
- Là một hợp chất mạch vòng và có tính thơm, công thức phân tử tương tự như benzen
có gắng thêm nhớm -CH3. Không phân cực, do đó Toluen tan tốt trong benzen. Toluen
có tính chất dung môi tương tự benzen nhưng độc tố tính thấp hơn nhiều. nên ngày
nay thường sử dụng thay Benzen làm dung môi phòng thí nghiệm và trong công
nghiệp.


Đồ án Thiết bị
CHI

GVHD: MAI THỊ PHƯƠNG

2.2.1. tính chất hóa học.

+ phản ứng với brom khan cho ra bromtoluen và axit HBr.

+ phản ứng với khí clo tạo diclometan và axit HCL.

+ Phản ứng vớinitro hóa tạo ra nitrôtluen và nước.

+ Phản ứng cộng với H2 tạo ra metylxiclohexan.


Đồ án Thiết bị
CHI

GVHD: MAI THỊ PHƯƠNG

+ Phản ứng oxi hóa với nhóm metyl.

2.2.2. tính chất vật lý.
- là chất lõng không màu, cóthể chảy nước, độ nhớt thấp.
- có mùi thơmgiống benzen
- nó là dung môi hòa tan rất tốt chất béo, dầu,nhựa thông, lưu huỳnh, photpho và iot.
- toluen rất ít tan trong nước độ hòa tan của nó trong nước ở160oC là 0.047/100ml còn
ở 150oC là 0.4g/100ml.
2.2.2. ứng dụng.








Sản xuất nhựa tổng hợp.
Dùng trong sơn xe hơi, xe máy, sơn đồ đạt trong nhà.
Dung môitoluen làm chất pha loãng.
Dùng làm chất tẩy rửa.
Sản xuất keo dán và các sản phẩm cùng loại, dùng trongkeo dán cao su.
Dùng sản xuất thuốc nhuộm.
Điều chế thuốc nổ TNT.