Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa chóp để phân tách hỗn hợp Acetone – Benzen

Trường Khoa Đồ án QT TB LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay cùng với sự phát triển vượt bậc của nền công nghiệp thế giới và nước nhà, các ngành công nghiệp rất cần nhiều hóa chất có độ tinh khiết cao Chưng cất là m.

TỔNG QUAN NHÀ MÁY

Tổng quan về Công ty Cổ phần Nhiên liệu Sinh học Dầu khí Miền Trung

 Tên đăng ký: Công ty Cổ phần Nhiên liệu Sinh học Dầu khí MiềnTrung.

Tên viết tắt : BSR-BF.

 Địa chỉ: Khu Công nghiệp phía Đông, Khu Kinh tế Dung Quất, xã Bình Thuận, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi.

 Người đại diện: Ông Đặng Vĩnh Nghi Chức vụ: Chủ tịch HĐQT

 Sản phẩm: sản xuất Etanol làm nhiên liệu, chất độn gia súc DDFS, CO2.

Chủ đầu tư của dự án là Công ty Cổ phần Nhiên liệu sinh học Dầu khí Miền Trung (BSR-BF), được thành lập với sự góp vốn từ Tổng Công ty Lọc Hóa dầu Bình Sơn (BSR) chiếm 61%, Tổng Công ty Dầu Việt Nam (PV OIL) 25%, và Tổng Công ty Dịch vụ Tổng hợp Dầu khí (Petrosetco) 14%.

 Nhà máy sử dụng công nghệ của Allied Process Technologies Inc (APTI) (trước đây là công ty Delta-T).

 Nhà máy được khởi công xây dựng từ tháng 10/2009, chính thức đi vào sản xuất từ tháng 02/2012.

 Nhà thầu chịu trách nhiệm xây dựng chính là liên doạn nhà thầu PTSC Quảng Ngãi và công ty Alfa Laval Ấn Độ (ALIL).

Hình 1: Sơ đồ công nghệ tổng quan của nhà máy

Các khu vực trong nhà máy

Mặt bằng tổng thể của nhà máy được phân chia thành ba khu vực chức năng chính: khu vực nhà máy chính, khu vực phụ trợ và khu vực ngoại vi, với các chi tiết cụ thể được trình bày rõ ràng.

Các khu vực chức năng của nhà máy bao gồm:

- Khu vực nhà máy chính bao gồồn chứa

 Phân xưởng chuẩn bị dịch sắn và tách cát

 Phân xưởng hồ hóa và nấu dịch sắn

 Phân xưởng làm khan cồn

- Khu vực phụ trợ bao gồm:

 Phân xưởng cung cấp và phân phối nước

 Phân xưởng sản xuất nước làm lạnh

 Phân xưởng sản xuất nước làm mát

 Phân xưởng sản xuất hơi nước và ngưng tụ condensate

- Khu vực ngoại vi bao gồm

 Phân xưởng thu nhận và tồn trữ sắn lát

 Phân xưởng nghiền sắn lát

 Khu vục tồn chứa ethanol

 Khu vực nhập và tồn chứa chất biến tính

 Khu vực thu hồi và xuất co2

 Khu vực lắng, sấy và tồn chứa DDFS

 Khu vực tồn chứa hóa chất

 Khu vực thu hồi methane và xử lý nước thải

 Khu vực thoát nước và tập trung chất thải

CÁC DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

Quá rình sản xuất ethanol tổng quát

- Nguyên liệu sắn lát đưa vào trong thiết bị nghiền thô qua thiết bị nghiền tinh được đưa vào bể chứa được bổ sung nước ngưng công nghệ.

Hỗn hợp cháo sau khi khuấy trộn được tách cát qua hệ thống cyclon 3 lớp Dịch cháo sau đó được chuyển đến khu vực hồ hóa để giải phóng tinh bột, chuẩn bị cho quá trình lên men Trong quá trình này, Enzyme alpha-amylase, ammonia và dịch hèm loãng được bổ sung Để tăng hiệu suất hồ hóa, nhiệt độ của hỗn hợp được nâng lên 110oC nhờ vào các dòng trao đổi nhiệt từ tháp chưng cất.

Dòng dịch sau hồ hóa sẽ được lên men bằng cách pha trộn men với nước, enzyme gluco amylase, acid sunphuric và nước công nghệ để nhân nấm men Sau một chu kỳ lên men, nồng độ cồn trong bồn đạt 10,44% w/w, và giấm chín (beer) sẽ được bơm qua 2 tháp chưng cất thô.

Tháp thô là loại tháp đĩa lỗ, nơi dòng giấm được bổ sung acid sunphuric trước khi vào hai tháp chưng thô Sau đó, dòng tuần hoàn đáy của tháp chưng thô 2 sẽ ngưng tụ và được chứa trong thùng VS.

Sản phẩm đáy của tháp thô 1 được bơm bằng PC-4101A/B để đun sôi tại E-4101 và tuần hoàn trở lại tháp Một phần khác được bơm bằng PC-4105A/B đến E-4105 để cung cấp nhiệt cho dòng giấm, sau đó được chuyển đến khu vực li tâm tách bã nhằm sản xuất DDFS.

Sản phẩm chính của tháp thô 2 là hơi cồn, được kết hợp với hơi cồn chưa ngưng từ thùng VS-4202 và sau đó đi qua thiết bị trao đổi nhiệt E-4108 với nước lạnh để ngưng tụ thành cồn lỏng, lưu trữ tại thùng VS-4103 Sản phẩm đáy của tháp là dịch hèm, trong đó một phần được bơm PC-4102A/B để đun sôi tại E-4102 và tuần hoàn lại tháp, trong khi phần còn lại được bơm PC-4106A/B đến khu vực ly tâm để tách bã.

- Sản phẩm của hai tháp chưng thô là cồn có nồng độ khoảng 50%v/v được chứa tại VS-

4202 Cồn nồng độ 50%v/v tại VS-4202 tiếp tục đưa vào tháp chưng tinh C-4201 để chưng cất thu cồn nồng độ 95%v/v

Dòng cồn nồng độ 50%v/v được gia nhiệt và đưa vào tháp chưng tinh, tạo ra sản phẩm đỉnh là hơi cồn 95%v/v với nhiệt độ cao Phần hơi này sẽ được tận dụng một phần nhiệt để đun sôi dòng tuần hoàn đáy của tháp thô, sau đó ngưng tụ và chứa tại VS-4203 Phần hơi chưa ngưng sẽ đi qua thiết bị ngưng tụ và thiết bị tách pha để thu cồn lỏng, trong khi hơi bay ra từ thiết bị tách pha sẽ kết hợp với dòng hơi chưa ngưng từ thùng chứa để tiếp tục quá trình ngưng.

Phần cồn 95% v/v sẽ kết hợp với rượu bậc cao (fusel draw) từ đáy tháp, sau đó được dẫn đến khu tách nước Sản phẩm từ đáy tháp chưng tinh chủ yếu là nước, kèm theo một ít cồn và các chất hữu cơ, sẽ được đun sôi và hoàn trả về tháp.

Hơi cồn được xử lý qua hệ thống hấp phụ để tách nước, sử dụng zeolite 3A nhằm loại bỏ hoàn toàn nước trong cồn 95% v/v, nâng nồng độ cồn lên 99,98% v/v Đồng thời, quá trình này cũng giúp loại bỏ hàm lượng acid, đảm bảo cồn đạt tiêu chuẩn cho cồn nhiên liệu.

- Ethanol trước khi xuất xe bồn được đưa vào chứa ở 2 bể kiểm tra chất lượng.

Quá trình cụ thể

- Kho sắn và nhà nghiền

Khu vực kho sắn và nhà nghiền có chức năng tiếp nhận nguyên liệu sắn lát đầu vào, thực hiện xử lý sơ bộ và lưu trữ nhằm phục vụ cho quá trình sản xuất.

Kho chứa và nhà nghiền được thiết kế theo mô hình hiện đại nhất khu vực, với công suất kho chứa lên đến 45.000 tấn bột sắn, tương ứng với thời gian hoạt động của nhà máy là 2 tháng.

-Được xây lắp với hệ thống kết cấu thép CS, có mái che kín chống thấm ướt trong quá trình bảo quản sắn.

Kho chứa được trang bị hệ thống nạp liệu di động và hệ thống phân bổ bột sắn (chain reclaimer), cùng với hệ thống vít tải dọc hai bên để xuất liệu hiệu quả.

Theo thiết kế để đạt kích thước bột sắn cho quá trình sản xuất thì sắn lát được nghiền qua hai cấp:

+ Nghiền thô: được thiết kế hai máy nghiền với công suất tương ứng: 25 tấn/giờ và 40 tấn/giờ.

→ Nguyên liệu cho giai đoạn nghiền cấp 1 là: sắn lát khô có kích thước dài 30÷70mm, dày 30mm Kích thước hạt sau giai đoạn nghiền cấp 1 là: max 25mm.

+ Nghiền tinh: được bố trí 3 máy trong đó 2 máy working và 1 máy stand by với công suất: 18 tấn/giờ

Giai đoạn nghiền tinh sử dụng nguyên liệu từ quá trình nghiền thô, với kích thước hạt tinh bột đạt 65% nhỏ hơn 15 micron.

Quá trình sản xuất ethanol

Nhà máy chính sản xuất Etanol áp dụng công nghệ tiên tiến của APTI (Mỹ), nổi bật với quy trình lên men gián đoạn và chưng cất đa áp suất, đảm bảo hiệu suất cao trong sản xuất.

3.1.Chuẩn bị dịch sắn và tách cát:

Mục đích của phân xưởng chuẩn bị dịch sắn là loại bỏ cát và tạp chất ra khỏi dịch sắn, nhằm ngăn chặn mài mòn và đóng cặn trong thiết bị sản xuất Quá trình này được thực hiện bằng phương pháp trọng lực, sử dụng hệ thống hydrocyclone 03 cấp để đạt hiệu quả tối ưu.

-Các thiết bị chính của phân xưởng chuẩn bị dịch sắn và tách cát:

+ Bể phối trộn dịch sắn TK-1101:

Bột sắn sau khi được cân sẽ được chuyển đến thùng hòa bột TK-1101 với lưu lượng 31500kg/h qua hệ thống vít tải Tại đây, nước công nghệ (19895kg/h ở 26,70C) và dịch hèm loãng (33967kg/h ở 80,60C) cũng được cấp vào thùng Nhờ hệ thống khuấy trộn AG-1101, bột sắn sẽ được trộn đều, tạo thành hỗn hợp đồng nhất gọi là dịch bột.

Dịch bột từ thùng TK-1101 được bơm bằng PC-1101A/B với lưu lượng 111036kg/h và áp lực 4 bar đến hệ thống cyclon thứ nhất, bao gồm 6 cyclon Dòng ra phía trên chứa ít cát sẽ kết hợp với dòng phía trên của cyclon thứ ba và được chuyển đến thùng tiếp nhận để lắng, trong khi phần lỏng có nhiều cát sẽ được bơm qua cyclon thứ hai Cyclon thứ hai, gồm 2 cyclon, tách phần lỏng chứa nhiều cát, và dòng đáy chủ yếu là cát sẽ được bơm đến cyclon thứ ba Tại cyclon thứ ba, cát được thu gom và chuyển đến thùng chứa VS-1101, nơi cát được rửa bằng nước công nghệ để thu hồi bột sắn Dòng nước sau khi rửa sẽ trở về thùng TK-1101 để hòa bột, trong khi cát sau khi rửa sẽ được tháo ra xe tải để thải đổ.

3.2 Phân xưởng dịch hóa và nấu

Phân xưởng dịch hóa và nấu có nhiệm vụ phá vỡ các mạch tinh bột lớn thành các mạch nhỏ hơn (dextrin), nhằm giải phóng tinh bột Quá trình này hỗ trợ hiệu quả cho quá trình đường hóa và lên men, giúp chuyển hóa tinh bột thành cồn trước khi đưa đến phân xưởng lên men.

- Các thiết bị chính của phân xưởng dịch hóa và nấu bao gồm:

+ Bể phối trộn dịch TK-2101:

Hình 2: bể phối trộn dịch TK-2101

-Bộ lọc phân loại CS-2101;

Hình 3: Bể dịch hóa TK-2201

Thiết bị nấu ống VS-2201/2202/2203. Điều kiện vận hành của phân xưởng dịch hóa và nấu:

- Nhiệt độ hóa lỏng: 82,7oC

Hình 4: Sơ đồ công nghệ của phân xưởng dịch hóa và nấu

Dịch sắn từ phân xưởng được phối trộn với condensate ở nhiệt độ 107oC, ammonia và enzyme alpha-amylase tại bể TK-2101 để tạo dịch cháo Bể TK-2101 duy trì nhiệt độ 82oC, trong khi ammonia được bổ sung để điều chỉnh độ pH và cung cấp nitrogen cho quá trình nuôi dưỡng nấm men.

Dịch cháo được bơm vào bể dịch hóa TK-2201, nơi tinh bột được thủy phân thành dextrin nhờ enzyme alpha-amylase Sau đó, dịch cháo được gia nhiệt bằng hơi nước trong thiết bị trao đổi nhiệt để chuyển hóa tinh bột và khử trùng một phần dịch cháo Dịch cháo được giữ trong 15 phút tại ba thiết bị nấu dạng ống VS-2201/2202/2203 Sau quá trình nấu, dịch cháo đạt nhiệt độ 110oC được sử dụng để gia nhiệt cho dòng beer trước khi chuyển đến phân xưởng chưng cất qua thiết bị trao đổi nhiệt E-2301/2302, và sau đó được làm mát xuống 33.3oC nhờ thiết bị E-2303 trước khi vào bể lên men TK-3104/3105/3106/3107.

 Hóa chất sử dụng cho quá trình:

Lưu lượng enzyme glucose amylase được bổ sung là 1kg/h nhằm mục đích thủy phân tinh bột thành đường glucose, tạo điều kiện cho quá trình lên men đường glucose thành cồn sau đó.

Lưu lượng acid sunphuric được thêm vào là 91 kg/h, nhằm điều chỉnh pH của môi trường dịch Việc này tạo điều kiện thuận lợi cho sự sinh trưởng của men giống.

Lượng giống men được thêm vào là 5kg/h nhằm mục đích tăng trưởng số lượng men đến mức cần thiết, phục vụ cho các thùng lên men sau này.

Nước công nghệ được cấp với lưu lượng 1513kg/h nhằm pha loãng dịch, giảm độ Brix để bảo vệ nấm men trong giai đoạn đầu, khi nấm men còn yếu, tránh hiện tượng sốc cho nấm men.

Mục đích của phân xưởng lên men nhằm để lên men tinh bột thành ethanol bằng công nghệ đường hóa và lên men đồng thời.

Các thiết bị chính của phân xưởng lên men bao gồm:Các thiết bị chính của phân xưởng lên men bao gồm:

- Bể nhân giống nấm men TK-3102

Hình 5: bể nhân giống nấm men TK-3102

Hình 6: Bể lên men TL-3104/3105/3106/3107 -Bể chứa giấm chín TK-3108.

Điều kiện vận hành của phân xưởng lên men:

- Quá trình lên men gián đoạn;

- Đường hóa và lên men đồng thời;

- Nhiệt độ lên men: 33.3oC;

- Áp suất lên men: 1.0314 bar;

- Thời gian lên men: 52 giờ/mẻ (bể)

Hình 7: Sơ đồ công nghệ của phân xưởng lên men

Quá trình lên men diễn ra trong hệ thống gồm 6 bể, với phương pháp lên men gián đoạn ở nhiệt độ 32-33oC Bể TK-3102 được dùng để nhân giống nấm men, nơi nấm men phát triển nhanh nhờ vào việc bổ sung một lượng nhỏ không khí Bể này được trang bị bơm tuần hoàn PC-3102, thiết bị làm mát E-3102 và hệ thống cánh khuấy AG-3102 ở đỉnh bể.

Phương trình tổng quát của quá trình lên men bao gồm:

(C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6Các thiết bị chính của phân xưởng lên men bao gồm:

C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2Các thiết bị chính của phân xưởng lên men bao gồm:

Quá trình lên men là một quá trình sinh nhiệt, trong đó lượng nhiệt lớn được tạo ra có thể ức chế quá trình này Do đó, việc làm mát dịch lên men bằng thiết bị trao đổi nhiệt bên ngoài bể là rất cần thiết để duy trì hiệu quả của quá trình lên men.

Sau khi quá trình lên men hoàn tất, sản phẩm giấm chín được chuyển vào bể chứa TK-3108 và sau đó được cung cấp liên tục cho phân xưởng chưng cất, nhằm tận dụng dòng dịch cháo sau khi nấu.

Carbon dioxide được sản xuất trong suốt quá trình lên men, được tập hợp và đưa đến tháp rửa CO2 C-3201.

Mục đích của phân xưởng chưng cất là phân tách ethanol ra khỏi giấm chín (dịch sau lên men) và nâng nồng độ ethanol trong sản phẩm lên 95%tt.

Phân xưởng chưng cất được thiết kế theo tiêu chí sử dụng năng lượng tiết kiệm nhất Các thiết bị chính của phân xưởng chưng cất bao gồm:

-02 tháp cất thô, mỗi tháp có 20 đĩa: 01 tháp C-4101 hoạt động ở áp suất thường

(tháp thô 1), 01 tháp C-4102 hoạt động ở áp suất chân không (tháp thô 2);

-01 tháp cất tinh C-4201 có 59 đĩa hoạt động ở áp suất dư (tháp tinh)

Hình 8: sơ đồ quá trình chưng cất

Giấm chín được gia nhiệt sơ bộ trước khi vào tháp thô thông qua chuỗi thiết bị thu hồi nhiệt Nhiệt độ của giấm chín khi vào tháp thô 1 đạt khoảng 88°C, trong khi nhiệt độ khi vào tháp thô 2 là khoảng 75°C.

CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ

Thiết bị tĩnh

1.1.Tháp thô và tháp tinh:

Hình 17: Hệ thống tháp chưng cất

Mục đích: Chưng cất dịch beer để tách etanol và nâng nồng độ cồn lên 95% v/vCác thiết bị chính của phân xưởng lên men bao gồm:

Hệ thống hoạt động dựa trên hai tháp thô có kích thước giống nhau, mỗi tháp có 20 đĩa, và một tháp tinh có 59 đĩa, được trang bị các thiết bị gia nhiệt ở đáy Tác nhân gia nhiệt của tháp thô 1 sử dụng hơi từ tháp tinh, trong khi tháp thô 2 lấy hơi từ tháp thô 1 Đối với tháp tinh, tác nhân gia nhiệt được cung cấp từ phân xưởng lò hơi.

Mục đích: loại bỏ nước ra khỏi hỗn hợp các cấu tử và nâng nồng độ etanol lênCác thiết bị chính của phân xưởng lên men bao gồm:

99,8%v/v theo đúng yêu cầu thiết kế.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống gồm hai tháp chứa Zeolit 3A, trong đó một tháp đảm nhận chức năng hấp thụ và tháp còn lại thực hiện quá trình tái sinh Các thiết bị chính trong phân xưởng lên men bao gồm hai tháp này, giúp tối ưu hóa hiệu suất và hiệu quả trong quá trình sản xuất.

1.3.Thiết bị trao đổi nhiệt:

Hình 18: Thiết bị trao đổi dạng ấm

Dạng ống lồng ống chủ yếu để làm nguội hay làm tăng nhẹ nhiệt độ dòng dịch.Các thiết bị chính của phân xưởng lên men bao gồm:

Dạng tấm chủ yếu để làm tăng nhiệt độ của dòng dịch lên cao.Các thiết bị chính của phân xưởng lên men bao gồm:

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Dạng ống lồng ống bao gồm hai ống lồng vào nhau, cho phép hai dòng lưu chất chạy song song nhưng ngược chiều nhau Trong đó, dòng nóng (hơi nước hoặc nước lạnh) đi bên trong ống trong, trong khi dòng nguội (dịch men) chảy bên trong ống ngoài Quá trình này tạo điều kiện cho sự trao đổi nhiệt hiệu quả giữa hai dòng lưu chất Các thiết bị chính của phân xưởng lên men đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa quá trình này.

Dạng tấm được thiết kế bằng cách ghép nhiều tấm kim loại ép chặt với nhau nhờ nắp kim loại có độ bền cao Các tấm được dập gợn sóng giúp làm rối dòng chuyển động của lưu chất, từ đó tăng hệ số truyền nhiệt và độ bền của thiết bị Hai dòng lưu chất chảy xen kẽ song song ngược chiều nhau, mang lại hiệu quả tối ưu trong quá trình trao đổi nhiệt Tuy nhiên, dạng tấm cũng có những ưu điểm và nhược điểm cần được xem xét kỹ lưỡng.

Dạng ống lồng ống có hiệu quả trao đổi nhiệt cao và thiết kế nhỏ gọn, nhưng việc chế tạo gặp khó khăn và suất lượng thấp Các thiết bị chính trong phân xưởng lên men bao gồm những thành phần thiết yếu phục vụ cho quá trình sản xuất.

Dạng tấm có diện tích trao đổi nhiệt lớn, mang lại hiệu quả trao đổi nhiệt cao và suất lượng lớn, đồng thời dễ dàng tháo lắp để vệ sinh Tuy nhiên, việc chế tạo dạng tấm gặp khó khăn, có nguy cơ rò rỉ cao và dễ bị tắt ngãn Các thiết bị chính trong phân xưởng lên men cần được chú trọng để đảm bảo hiệu suất hoạt động.

Mục đích: tách cát trong dịch bột, tăng tuổi thọ của thiết bị sau công đoạn tách cát.Các thiết bị chính của phân xưởng lên men bao gồm:

Nguyên lý tách trọng lực được áp dụng trong quy trình xử lý dịch bột, nơi dịch bột được đưa vào hydrocyclone theo phương tiếp tuyến Dưới tác dụng của lực ly tâm, các hạt có trọng lượng nhẹ sẽ di chuyển lên trên, trong khi các thành phần có tỉ trọng lớn hơn sẽ rơi xuống đáy hydrocyclone và được tách ra ngoài Quá trình này giúp loại bỏ cát và các tạp chất có tỉ trọng và khối lượng lớn hơn khỏi dịch bột.

Bồn và bể được sử dụng để lưu trữ các sản phẩm trung gian trong quá trình sản xuất, đồng thời là thiết bị chính của phân xưởng lên men, giúp lưu chứa sản phẩm trước khi xuất bán.

Bồn bể thường được trang bị các thiết bị vận hành và giám sát như cánh khuấy, cùng với các thiết bị chính trong phân xưởng lên men, bao gồm thiết bị đo nhiệt độ, áp suất và mực chất lỏng.

Hình 20: Bồn chứa trung gian

Bể chứa dịch sắn đã tách cát TK-1104

Dịch làm sạch chứa V = 55 khối (H 90% V)Các thiết bị chính của phân xưởng lên men bao gồm:

- Bể phối trộn dịch TK-2101:

- Mục đích: thanh trùng, diệt khuẩn → tăng hiệu suất lên men

- Được kiểm soát rất nghiêm ngặt, được bọc kín để cách nhiệt

Thiết bị quay

2.1.Máy nghiền : máy nghiền dạng búa

Vật liệu được nạp vào máy nghiền từ phía trên, nhờ vào trọng lượng bản than, rơi xuống hoặc trượt theo máng và va chạm với búa quay ở tốc độ cao Sau khi va đập, vật liệu bị vỡ thành nhiều mảnh và bay ra với một góc phản chiếu nhất định.

Khi đạt góc 90 độ, một vùng đập nghiền được hình thành Các mảnh vỡ khi bay sẽ va chạm với các tấm lót gắn trên tấm phản hồi của vỏ máy, sau đó bật ngược trở lại đầu búa để tiếp tục quá trình nghiền Quá trình này diễn ra liên tục cho đến khi các mảnh vỡ đủ nhỏ để lọt qua mắt sàng và thoát ra ngoài.

-Các thiết bị chính của phân xưởng lên men bao gồm:Máy nghiền búa lớn

Tốc độ quay của búa rất caoCác thiết bị chính của phân xưởng lên men bao gồm:

Có tỷ trọng năng suất (là tỷ số năng suất với trọng lượng máy)Các thiết bị chính của phân xưởng lên men bao gồm:

Kết cấu đơn giản thuận tiện khi sử dụng

-Các thiết bị chính của phân xưởng lên men bao gồm:Mòn búa nhanh

Khi độ ẩm sắn cao thì búa bị dínhCác thiết bị chính của phân xưởng lên men bao gồm:

Khi sắn quá cứng thì hiệu quả nghiền không caoCác thiết bị chính của phân xưởng lên men bao gồm:

Bơm ly tâm: gồm bơm và hệ thống chuyền động để bơm dòng lưu chất.Các thiết bị chính của phân xưởng lên men bao gồm:

Bơm định lượng là thiết bị bao gồm bơm và hệ thống truyền động, được sử dụng để bơm chất lỏng với lưu lượng thấp Thiết bị này rất quan trọng trong các quá trình công nghệ yêu cầu độ chính xác cao, đặc biệt trong ngành hóa chất và xúc tác.

Bơm chân không vòng nước là thiết bị quan trọng trong quá trình tạo chân không, giúp hỗ trợ cho các tháp chưng cất thô trong phân xưởng lên men.

Điều khiển quá trình

Van điều khiển là thiết bị quan trọng trong phân xưởng lên men, giúp điều chỉnh các thông số công nghệ trong quá trình sản xuất, từ đó quyết định chất lượng và hiệu quả vận hành.

Van On/Off được sử dụng để lưu thông hoặc cô lập các dòng công nghệ chính và phụ trợ, giúp kiểm soát quá trình vận hành Các thiết bị chính trong phân xưởng lên men bao gồm những thành phần quan trọng để đảm bảo hiệu quả sản xuất.

Van tay là thiết bị quan trọng dùng để lưu thông hoặc cô lập các dòng công nghệ và phụ trợ trong các thiết bị chính của phân xưởng lên men Chúng thường được áp dụng trong công tác bảo dưỡng để đảm bảo hiệu suất hoạt động của hệ thống.

Thiết bị đo áp suất: thủy tĩnh, chênh ápCác thiết bị chính của phân xưởng lên men bao gồm:

Thiết bị đo nhiệt độ: RTD, thermowell, cặp nhiệtCác thiết bị chính của phân xưởng lên men bao gồm:

Thiết bị đo mức: thủy tĩnh, chênh ápCác thiết bị chính của phân xưởng lên men bao gồm:

Thiết bị đo lưu lượng: magnetic, vortex, coriolid,….Các thiết bị chính của phân xưởng lên men bao gồm:

Hệ thống và tồn trữ vận chuyển

4.1 Hệ thống và tòn trữ vận chuyển nguyên liệu:

Tồn trữ: kho sắn có dung tích chưa 45.000 tấn có thể đáp ứng sản xuất trong 2 tháng.Các thiết bị chính của phân xưởng lên men bao gồm:

Sắn được thu mua tại Quảng Ngãi và các tỉnh Tây Nguyên sẽ được vận chuyển bằng xe tải về nhà máy, nơi chúng được đưa vào sản xuất trực tiếp hoặc chứa trong kho Hệ thống vận chuyển sắn trong nhà máy bao gồm các thiết bị chính như băng tải, vít tải và gàu nâng.

4.2.Hệ thống tồn trữ và vận chuyển sản phẩm

Sản phẩm từ khu vực nhà máy chính sau khi được kiểm tra các chỉ tiêu từ phòng KCS sẽ được đưa vào bồn Check Tank, gồm 2 bồn mỗi bồn có dung tích 330m3 Tại đây, sản phẩm sẽ được kiểm tra lại để đảm bảo đạt yêu cầu Nếu đạt tiêu chuẩn, sản phẩm sẽ được chuyển vào bồn Commercial Tank với tổng dung tích 10,400m3 (2 bồn) Ngược lại, nếu không đạt yêu cầu, sản phẩm sẽ được chuyển về bồn Offspecs có dung tích 660m3 và sau đó sẽ được đưa về nhà máy chính để tái sản xuất.

Sản phẩm được vận chuyển sau khi đã thêm 2-5% chất biến tính vào etanol, với hai phương thức xuất hàng: bằng xe bồn có công suất 150m3/h (sử dụng 2 cần) và qua cảng với công suất bơm 300m3/h (sử dụng 2 bơm).

Tổng kết buổi thực tập tham quan nhà máy

cổ phần nhiên liệu sinh học dầu khí niềm trung đã tạo điều kiện và giúp bọn em trong đợt thực tập nhận thức vừa qua

Khi đến công ty, chúng em được giới thiệu về cơ cấu, năng suất và quy trình công nghệ của công ty Chúng em đã có cơ hội tham quan các phân xưởng, nơi anh chị rất nhiệt tình giải thích về máy móc và nguyên lý hoạt động của chúng Qua việc tiếp xúc và quan sát trực tiếp các thiết bị như bơm, bộ phận trao đổi nhiệt, tháp chưng và thiết bị sấy, chúng em đã có cái nhìn thực tế hơn và hiểu sâu hơn về nguyên lý hoạt động của các thiết bị này.

-Em xin gửi lời chúc chân thành đến quý công ty và mong công ty ngày càng phát triển hơn

-Một lần nữa em xin trân trọng cảm ơn và gửi lời biết đơn đến sự đón tiếp nhiệt tình của quý công ty.

TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

Đầu đề thiết kế

-Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa chóp để phân tách hỗn hợp Acetone – Benzen.

Các số liệu ban đầu

+Hỗn hợp cần tách : Acetone – Benzen

+Năng suất tính theo hỗn hợp đầu : F8 tấn/ngày

+Nồng độ cấu tử dễ bay hơi:

- Hỗn hợp đầu: aF=0,37 phần khối lượng

- Sản phẩm đỉnh: aP =0.98 phần khối lượng

- Sản phẩm đáy: aw=0,01 phần khối lượng

+Tháp làm việc ở áp suất thường

+Hỗn hợp đầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi

Lý thuyết về chưng cất

Chưng là phương pháp tách hỗn hợp khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào sự khác biệt về nhiệt độ sôi Khi thực hiện chưng, số lượng sản phẩm thu được tương ứng với số cấu tử có trong hỗn hợp Đặc biệt, trong phương pháp chưng luyện hai cấu tử, sản phẩm đỉnh chủ yếu là cấu tử dễ bay hơi, trong khi sản phẩm đáy chứa cấu tử khó bay hơi.

Trong sản xuất, có nhiều phương pháp chưng khác nhau, bao gồm chưng đơn giản, chưng bằng hơi nước trực tiếp, chưng chân không và đặc biệt là chưng luyện Mỗi phương pháp này có những ưu điểm riêng, phù hợp với các loại nguyên liệu và mục tiêu sản xuất khác nhau.

Chưng luyện là phương pháp phổ biến để tách hoàn toàn hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi, có khả năng hòa tan một phần hoặc hoàn toàn vào nhau Phương pháp này thường được thực hiện ở áp suất thường, thích hợp cho các hỗn hợp dễ phân hủy ở nhiệt độ cao, giúp tách biệt các cấu tử dễ bay hơi một cách hiệu quả.

Các phương pháp chưng cất được phân loại theo:

Nguyên tắc làm việc trong quá trình tách các cấu tử dựa vào nhiệt độ sôi của chúng Khi nhiệt độ sôi của một cấu tử quá cao, cần giảm áp suất làm việc để hạ nhiệt độ sôi, từ đó tối ưu hóa hiệu quả tách.

-Trong sản xuất người ta thường dùng loại thiết bị khác nhau để tiến hành chưng luyện

Tuy nhiên tùy vào yêu cầu mà ta chọn các thiết bị chưng luyện khác nhau Ở đây ta khảo sát tháp chóp và tháp đệm.

Tháp chóp là một thiết bị hình trụ đứng, bên trong có các đĩa với cấu trúc khác nhau, nơi pha lỏng và pha hơi được tiếp xúc trực tiếp Cấu tạo của các đĩa sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của tháp.

-Tháp đệm: tháp hình trụ, gồm nhiều bậc được nối với nhau bằng mặt bích hay hàn.

-So sánh ưu điểm của các loại tháp:

Tháp đệm Tháp mâm xuyên lỗ Tháp chóp Ưu điểm

- cấu tạo khá đơn giản

- làm việc được với chất lỏng bẩn nếu dung đệm có  ≈ chất lỏng

- Trở lực tương đối thấp

- Do có hiệu ứng thành  hiệu suất truyền khối tháp

- Độ ổn định không cao, khó vận hành

- Do hiệu ứng thành  khi  áp suất thì hiệu ứng thành tăng  khó tăng năng suất.

- Thiết bị khá nặng nề

- Không làm việc được với chất lỏng bẩn.

- Cấu tạo khá phức tạp

- Tiêu tốn nhiều vật tư, kết cấu phức tạp.

Giới thiệu về nguyên liệu

-Acetone: là chất lỏng không màu, dễ bay hơi, dễ cháy, có mùi thơm Tan vô hạn trong nước, cồn, eter và hầu hết các loại dầu.

-Các tính chất vật lý của acetone:

Benzen là một hợp chất mạch vòng, tồn tại dưới dạng lỏng không màu với mùi thơm nhẹ, có công thức phân tử C6H6 Do tính chất không phân cực, benzen dễ hòa tan trong các dung môi hữu cơ nhưng chỉ tan rất ít trong nước Trước đây, benzen được sử dụng phổ biến làm dung môi trong nhiều ứng dụng.

Nồng độ benzen trong không khí chỉ khoảng 1ppm đã được phát hiện có khả năng gây bệnh bạch cầu, dẫn đến việc hạn chế sử dụng benzen trong ngày nay.

-Các tính chất vật lý của benzen:

-Ta có bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp Acetone – Benzen ở 760mmHg. x

Sơ đồ chung

3.1.Chú thích các ký hiệu trong quy trình

1-Thùng chứa hỗn hợp đầu 6- Thiết bị ngưng tụ hồi lưu

2-Bơm 7- Thiết bị làm sạch sản phẩm đỉnh

3-Thùng cao vị 8- Thùng chứa sản phẩm đỉnh

4-Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 9- Thiết bị gia nhiệt đáy tháp

3.2.Thuyết minh dây truyền sản xuất

Dung dịch đầu từ thùng (1) được bơm liên tục lên thùng cao vị (3), nơi mà mức chất lỏng được kiểm soát bằng ống chảy tràn Sau đó, dung dịch được chuyển đến thiết bị đun nóng (4) qua lưu lượng kế (11), tại đây nó được đun nóng đến nhiệt độ sôi bằng hơi nước bão hòa Từ thiết bị gia nhiệt, dung dịch tiếp tục được đưa vào tháp chưng luyện (5) qua đĩa tiếp liệu, trong tháp, hơi nước đi từ dưới lên gặp chất lỏng nóng đi từ trên xuống, dẫn đến sự thay đổi về nhiệt độ và nồng độ các cấu tử theo chiều cao của tháp.

Khi hơi từ đĩa dưới đi lên đĩa trên, các cấu tử có nhiệt độ sôi cao như Benzen sẽ ngưng tụ lại Cuối cùng, trên đỉnh, ta thu được hỗn hợp chủ yếu là các cấu tử dễ bay hơi như Acetone Hơi này sau đó sẽ đi vào thiết bị hồi lưu, nơi chúng được ngưng tụ.

Một phần chất lỏng được làm lạnh qua thiết bị làm lạnh để đạt nhiệt độ yêu cầu, sau đó được đưa vào thùng chứa sản phẩm đỉnh, trong khi phần còn lại được hồi lưu về tháp tại đĩa trên cùng.

Chất lỏng di chuyển từ trên xuống và tiếp xúc với hơi ở nhiệt độ cao, dẫn đến việc một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp bốc hơi, làm tăng nồng độ của cấu tử khó bay hơi trong chất lỏng Cuối cùng, ở đáy tháp, thu được hỗn hợp lỏng chủ yếu là cấu tử khó bay hơi Sau đó, chất lỏng này được làm lạnh và chuyển vào thùng chứa sản phẩm ở đáy Với thiết bị hoạt động liên tục, hỗn hợp đầu được cung cấp liên tục và sản phẩm được lấy ra liên tục.

3.3 Các ký hiệu trước khi tính

+Số mol pha hơi đi từ dưới lên là bằng nhau trong tất cả mọi thiết 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 đỉnh tháp

+Cấp nhiệt ở đáy tháp bằng hơi đốt gián tiếp

F: Năng suất tính theo sản phẩm đầu của hỗn hợp F8 tấn/ngày83,3 tấn/h

Thiết bị làm việc ở áp suất thường

Tháp chưng loại tháp đĩa chóp

Điều kiện aF cho thấy nồng độ Acetone trong hỗn hợp đầu là 0,37 phần khối lượng Trong khi đó, nồng độ Acetone trong sản phẩm đỉnh (aP) đạt 0,98 phần khối lượng, và nồng độ Acetone trong sản phẩm đáy (aw) chỉ là 0,01 phần khối lượng.

MA: Khối lượng phần tử Acetone X (g/mol)

MB: Khối lượng phần tử Benzen x (g/mol)

Tính cân bằng vật liệu của toàn thiết bị

4.1.Tính toán cân bằng vật liệu

Hỗn hợp đầu vào F bao gồm Acetone và Benzen được tách thành sản phẩm đỉnh P là Acetone và sản phẩm đáy là Benzen Quá trình này diễn ra tại đĩa trên cùng với một lượng lỏng hồi lưu, trong khi ở đáy tháp có thiết bị đun sôi, tạo ra lượng hơi thoát ra ở đỉnh tháp là D.

+Theo phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp:

F=P + D +Phương trình cân bằng vật liệu cho cấu tử dễ bay hơi (Acetone):

P=F-W83,3-1030,21V1,75(kg/h) Đổi nồng độ phần khối lượng sang nồng độ phần mol x= a A

4.2 Xác định số bậc thay đổi nồng độ (số đĩa lý thuyết)

4.2.1 Xác định chỉ số hồi lưu tối thiểu

Dòng một pha hơi di chuyển từ dưới lên với tốc độ không đổi trên toàn bộ chiều cao của tháp, trong khi dòng mol pha lỏng đi từ trên xuống với tốc độ không đổi trong cả đoạn luyện và đoạn chưng Điều này đảm bảo rằng các điều kiện cần thiết được thỏa mãn.

+Nhiệt hóa hơi mol của các cấu tử bằng nhau theo công thức kinh nghiệm của Trouton

+Không có nhiệt hòa tan

+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 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 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 cấu tử dễ bay hơi là :

y= R R +1 x+ R 1 +1 x P 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:

Thay vào ta có: (P+L0).y’=(F+L0).x’-(F-P).xw

80 cân bằng pha hh acetone- benzen x y phần mol của cấu tử nhẹ c)Xác định chỉ số hồi lưu làm việc (R x )

+Tính y*F có xF=0,441 (phần mol) tử nhẹ trong pha lỏng của hỗn hợp đầu.

Cách 1: Từ bảng số liệu ta dùng công thức nội suy tìm y*F theo công thức: y*F = x y 2−y 1

Cách 2: Vẽ đồ thị đường cân bằng lỏng hơi x – y

Với giá trị xF=0,441 gióng lên đường cân bằng →y*F = 0,637

+Chỉ số hồi lưu tối thiểu của tháp chưng luyện Rxmin

0,637−0,441 = 1,77302 +Tính chỉ số hồi lưu thích hợp

Việc lựa chọn chỉ số hồi lưu phù hợp là rất quan trọng trong quá trình thiết kế tháp chưng cất Chỉ số hồi lưu thấp dẫn đến số bậc tháp lớn hơn, giúp tiết kiệm năng lượng tiêu thụ hơi đốt Ngược lại, chỉ số hồi lưu cao làm giảm số bậc tháp nhưng lại tăng lượng hơi đốt tiêu thụ.

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 được tính bằng công thức Rx = b.Rmin, trong đó b là hệ số điều chỉnh có giá trị từ 1,2 đến 2,4 Đối với mỗi giá trị Rx lớn hơn Rmin, ta có thể xây dựng đường làm việc tương ứng và xác định giá trị cần thiết.

+b=1,2 → Rx=2,128 Phương trình đoạn luyện

1 Đồ thị y-x đường cân bằng lỏng- hơi đường chéo đường luyện x_F đường chưng mâm x_P x_W

→Số đĩa lý thuyết N2,553 đĩa

+b=1,4→Rx=2,482 Phương trình đoạn luyện: y=0,713x+0,283

→Số đĩa lý thuyết N!,932 đĩa

→Số đĩa lý thuyết N,859 đĩa

Từ đó ta có bảng số liệu: b 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4

Xác định đồ thị quan hệ Rxvà Nlt(Rx+1) Ta thấy Rx=3,191 có giá trị Nlt(Rx+1) nhỏ nhất

(tháp có thể tích nhỏ nhất) →Rth=3,191 (số đĩa lý thuyết,859)

4.2.2 Phương trình làm việc của đoạn luyện y = R R x x +1+ R x P x +1 y: nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi đi từ dưới lên x: nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng chảy từ đĩa xuống

Rx: chỉ số hồi lưu y1=3,191+ 3,191 1.x+3,191+ 0,985 1

4.2.3 Phương trình làm việc của đoạn chưng: y = L+ R +1 R x− L−1 R +1 x W

Với Rth=3,191 dựa vào đường cân bằng và đường làm việc, ta xác định số đĩa lý thuyết:

Trong đó: Đoạn chưng :10(10,236) Đoạn luyện :9(9,623)

TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP

Tính lưu lượng các dòng đi qua tháp

1.1.Xác đinh lưu lượng trung bình đi qua đoạn luyện:

Lượng hơi trung bình qua tháp chưng luyện có thể được ước tính bằng cách lấy giá trị trung bình cộng của lượng hơi thoát ra từ đĩa trên cùng và đĩa dưới cùng của tháp, cụ thể là: g tb = g đ + g 1.

Trong quá trình luyện, lượng hơi trung bình được biểu thị bằng 2 gtb [kg/h], trong khi lượng hơi thoát ra từ đĩa trên cùng của tháp được ký hiệu là gđ [kg/h] Bên cạnh đó, lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện được gọi là g1 [kg/h].

+ Lượng hơi ra hỏi đỉnh tháp: gđ = GR+Gp=Gp.(Rx+1)

GP: lượng sản phẩm đỉnh [kg/h]

GR: lượng chất lỏng hồi lưu [kg/h]

Rx: chỉ số hồi lưu thích hợp

+ Lượng hơi đi vào đoạn luyện

Để xác định lượng hơi g1, hàm lượng hơi y1 và lượng lỏng G1 cho các đĩa thứ nhất của đoạn luyện, ta áp dụng phương trình cân bằng vật liệu Theo đó, lượng hơi g1 được tính bằng tổng của lượng lỏng G1 và lượng hơi GP, được biểu diễn qua phương trình g1 = G1 + GP Đồng thời, phương trình cân bằng vật liệu cho cấu tử dễ bay hơi được thể hiện bằng g1.y1 = G1.x1 + GP.xp.

Phương trình cân bằng nhiệt lượng: g1.r1=gđ.rđ `(3)

Ta có hệ phương trình: g1=G1+GP g.y=G x+G xp

Trong đó: r1: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa rđ: ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử hỗn hợp hơi ra đỉnh tháp x1=xF= 0.441 phần mol

Từ đồ thị x – y – t, ta xác định được tF = 63,87 °C, với công thức r1 = rA.y1 + (1 - y1).rB và rđ = rA.yđ + (1 - yđ) Trong đó, rA là ẩn nhiệt hóa hơi của acetone nguyên chất và rB là ẩn nhiệt hóa hơi của benzen nguyên chất.

Từ tF= 63,87 0 C tra bảng I.212 – STQTTB T1 – 254, nội suy ta được:

{ r A 2,9346 (kcal / kg)Q4702,4335(j/kg) r B ,88484(kcal/kg)97263,8458(j/kg)

Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đỉnh (yđ=xP=0,985) Từ đồ thị cân bằng x – y – t ta có: t = 56,39 o C

- Nội suy theo bảng r – t 0 (I – 254) với t o = 56,39 o C rA= 132+ 124 60−20 −132 (56,39 – 20) = 124,72206(kcal/kg)

 rA= 522186,329 (j/kg) rB= 104+ 97,5−104 60−20 (56,39 – 20) = 98,08667 (kcal/kg)

 rđ = rA yđ + rB (1 – yđ) R2186,329.0,985 + 410669,292.(1 – 0,985)

- Thay các giá trị tính được vào phương trình (1) (2) (3) ta được: g1 = G1 + 561,750 g1 y1 = 0,441.G1 + 553,353

- Lượng hơi trung bình đi qua đoạn luyện là : g tbL = g đ +g 1

- Lượng lỏng trung bình đi qua đoạn luyện :

1.2.Lượng hơi trung bình trong đoạn chưng g ' tb =g ' n +g ' 1

2 Trong đó : g ’ n :lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng (kg/h) g ’ 1 :lượng hơi đi vào đoạn chưng (kg/h)

Vì lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi

- Phương trình cân bằng vật liệu :

- Phương trình cân bằng vật liệu với cấu tử dễ bay hơi

- Phương trình cân bằng nhiệt lượng : g’1 r’1 = g1 r1 (3 ’ )

Lượng hơi đi vào đoạn chưng, lượng lỏng G ’ 1 và hàm lỏng x ’ 1 được xác định theo phương trình cân bằng vật liêu và cân bằng nhiệt lượng như sau :

Trong quá trình chưng cất, ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp được đưa vào đĩa đầu tiên của đoạn chưng Thành phần cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy được ký hiệu là xW Đồng thời, ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp cũng được áp dụng cho đĩa trên cùng của đoạn chưng, ký hiệu là r1.

Ta có: GW = 1030,21 kg/h xW = 0,013 phần mol

- Ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa trên cùng đoạn chưng bằng ẩn nhiệt hóa hơi đi vào đoạn luyện  r1 = 321925,824 (j/kg)

Công thức tính ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp được xác định là r’1 = rA y’1 + (1 – y’1) rB, trong đó rA và rB là ẩn nhiệt hóa hơi của các cấu tử nguyên chất tại nhiệt độ t = tW Giá trị y’1 được tính theo đường cân bằng ứng với xW = 0,013 từ đồ thị x – y – t, dẫn đến yW = 0,03887 và tW = 79,189 °C.

Với tW = 79,189 o C ta nội suy theo số liệu bảng I.212- STQTTB Tập I :

{ r A 8,7231(kcal/kg)I7069,9528(j/kg) r B ,54765(kcal/kg)53984,1204(j/kg)

- Vậy lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng là g tbC ' g 1 +g 1 '

- Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn chưng

Vận tốc trong tháp

: khối lượng riêng trung bình của lỏng (kg/m 3 ) ρ ytb

: khối lượng riêng của hơi (kg/ m 3 ) h: khoảng cách giữa các đĩa (m)

2.1 Tính khối lượng riêng trung bình của pha lỏng:

1 ρ xtb = a tb 1 ρ xtb 1 + 1− a tb 1 ρ tb2 [ kg/ m 3 ] Trong đó : ρ xtb

: khối lượng riêng trung bình của lỏng [ kg/ m 3 ] ρ xtb 1

Khối lượng riêng trung bình của acetone và benzen trong pha lỏng được xác định theo nhiệt độ trung bình, với giá trị ρ xtb 2 [kg/m³] Phần khối lượng trung bình của acetone trong pha lỏng được ký hiệu là atb1 và được tính bằng công thức atb1 = a F + a P.

2 = 0,675 (phần khối lượng) a Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong đoạn luyện:

Nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong đoạn luyện t o xtb = t F +t P

2 = 63,8743 +56,3896 2 = 60,132 o C Ứng với t o xtb = 60,132 o C, nội suy số liệu ở bảng I.2_STQTTB Tập I_9 ta được ρ xtb 1

= ρ acetone = 745,8218 ( kg/ m 3 ) ρ xtb 2 = ρ benzen = 835,8614 ( kg/ m 3 ) → Khối lượng riêng của lỏng trong đoạn luyện là:

1 ρ xtbL = a tbL ρ xtb 1 + 1− a tbL ρ tb 2 ρ xtbL = (745,82180,675 +1−0,675

835,8614) −1 = 772,8797( kg/ m 3 ) b Khối lượng riêng trung nình của pha lỏng trong đoạn chưng

1 ρ xtbC = a tb 1 ρ xtb 1 + 1− a tb 1 ρ tb 2

Trong quá trình chưng cất, khối lượng riêng trung bình của pha lỏng được ký hiệu là ρ xtbC (kg/m³), trong khi ρ xtb1 và ρ xtb2 đại diện cho khối lượng riêng trung bình của acetone và benzen ở nhiệt độ trung bình tương ứng (kg/m³) Phần khối lượng trung bình của acetone trong pha lỏng được tính bằng atb1, với công thức a = aF + aW.

2 = 63,8743+ 2 79,1887 = 71,53149 o C Ứng với t o xtbC = 71,53149 o C, nội suy số liệu ở bảng I.2_STQTTB Tập I_9 ta được ρ xtb1

= ρ acetone = 730,4325 ( kg/ m 3 ) ρ xtb2 = ρ benzen = 823,8919 ( kg/ m 3 ) → Khối lượng riêng của lỏng trong đoạn chưng là:

1 ρ xtbC = a tbC ρ xtb 1 + 1− a tbC ρ tb 2 ρ xtbC = (730,43250,19 + 1−0,19

2.2.Tính khối lượng trung bình của pha hơi: a Khối lượng trung bình pha hơi ở đoạn luyện

ADCT STQTTB II – 183 ρ tbL = [ y tbL M A + ( 1− y tbL ) M B ]

MA, MB : khối lượng phân tử của acetone và benzen

T : nhiệt độ làm việc trung bình của tháp ( o K ) ytbL: Nồng độ trung bình pha hơi trong đoạn luyện ytbL y dL + y cL

2 ( STQTTB II _ 183 ) yđL : Nồng độ pha hơi đầu đoạn luyện yđL = y1 = 0,556359 phần mol ycL : Nồng độ pha hơi cuối đoạn luyện ycL = yP = xP = 0,985 phần mol

Khối lượng riêng trung bình của pha hơi đối với đoạn luyện là: ρ ytbL = [ y tbL M A + ( 1− y tbL ) M B ]

= 2.290 [kg/m 3 ] b Khối lượng riêng trung bình của pha hơi ở đoạn chưng: ρ ytbC = [ y tbC M A + ( 1− y tbC ) M B ] 273

22,4 T [ kg/ m 3 ] ytbC : Nồng độ trung bình pha hơi trong đoạn chưng. ytbC y đC + y cC

Nồng độ pha đầu đoạn chưng yđC = y 1 ' = yW = 0,03887 phần mol ycC : Nồng độ pha cuối đoạn chưng ycC = y1 = 0,556359 phần mol ytbC y đC + y cC

2 = 0,297613 phần mol ρ ytbC = [ y tbC M A + ( 1− y tbC ) M B ] 273

Sức căng bề mặt tính theo công thức : σ 1 hh = σ 1

2 (I-299) Trong đó : σ 1, σ 2 của cấu tử acetone và benzen φ[]: Hệ số tính đến sức căng bề mặt.

Khi >20 dyn/cm thì φ[] = 1,0 Đoạn luyện : ttbL = 60,132 o C  (ttbL) = 18,5842 (dyn/cm) (I – 300)

 ,4132(dyn/cm) < 20 (dyn/cm)  φ[] = 0,8 Áp dụng phương pháp thử và sai:

+ Giả sử đường kính tháp 0,6 Nhiệt độ trung bình t ’ tb = = 30,831 0 C

+ Nội suy theo nhiệt độ t ’ tb ta được:

CBenzene = 1781,445748 (J/kg.độ ) Suy ra Cp = ap CAcetone +(1-ap).CBenzene

Vậy nước lạnh tiêu tốn tính theo công thức : Gn4 Suy ra : Gn4 =2,8472014 (kg/h)

Tiêu đề	Thiết Kế Tháp Chưng Luyện Liên Tục Loại Tháp Đĩa Chóp Để Phân Tách Hỗn Hợp Acetone – Benzen
Người hướng dẫn	GVHD: Nhóm 6
Trường học	Khoa Đồ án QT & TB
Thể loại	đồ án

Định dạng
Số trang	88
Dung lượng	5,88 MB