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.

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 một trong những quá trình được áp dụng từ lâu đời và đã được nghiên cứu rất kỹ lưỡng Nó được áp dụng rất rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, sinh học và hóa chất để chế biến rượu, cồn, tinh dầu, dầu thực vật, điều chế oxi, lọc dầu Chưng cất là quá trình dùng nhiệt để tách một hỗn hợp lỏng ra thành các cấu tử trong hỗn hợp ở cùng một nhiệt độ, vì thế ta sẽ thu được hóa chất tinh khiết hơn Phương pháp chưng cất dùng để tách các hỗn hợp chất lỏng cũng như các hỗn hợp khí, lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp (nghĩa là khi ở cùng một nhiệt độ, áp suất hơi của các cấu tử khác nhau ) Khi chưng ta thu được nhiều sản phẩm và thường bao nhiêu cấu tử ta sẽ thu được bấy nhiêu sản phẩm Muốn có quá trình chưng cất đạt hiệu quả cao ta phải tìm hiểu tính chất của hỗn hợp lỏng sẽ đem chưng cất Hỗn hợp lỏng rất đa dạng, ở đây ta đề cập đến các hỗn hợp lỏng hai thành phần vì chúng là những đối tượng của quá trình chưng cất gặp rất nhiều trong thực tế Quá 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 cấu 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 Trong sản xuất ta gặp những phương pháp chưng sau : Chưng đơn giản : dùng để tách các hỗn hợp gồm có các cấu tử có độ bay hơi khác nhau Phương pháp này thường dung để tách sơ bộ và làm sạch các cấu tử khỏi tạp chất Chưng bằng hơi nước trực tiếp : dùng để tách các hỗn hợp gồm các chất khó bay hơi và tạp chất không bay hơi, thường được ứng dụng trong trường hợp chất được tách không tan vào nước Chưng chân không : dùng trong trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi của cấu tử Chưng luyện :là phương pháp phổ biến nhất 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 Được sự phân công hướng dẫn của thầy, trong đồ án thiết bị này, nhóm em trình bày đề tài: Thiết kế hệ thống của tháp GVHD: Nhóm 6 Lớp : 1 Trường: Khoa : Đồ án QT & TB Mục Lục LỜI MỞ ĐẦU 1 Mục Lục 2 PHẦN 1: THAM QUAN NHÀ MÁY BIO-ETHANOL 6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NHÀ MÁY .6 I.Tổng quan về Công ty Cổ phần Nhiên liệu Sinh học Dầu khí Miền Trung .6 II.Các khu vực trong nhà máy 7 CHƯƠNG 2: CÁC DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ .8 I Quá rình sản xuất ethanol tổng quát: 8 II.Quá trình cụ thể: 9 III.Quá trình sản xuất ethanol: 10 3.1.Chuẩn bị dịch sắn và tách cát: 10 3.2 Phân xưởng dịch hóa và nấu 11 3.3.Phân xưởng lên men: 15 3.4.Phân xưởng chưng cất 19 3.5.Làm khan cồn và tách acid: 21 3.6.Các quá trình phụ: 22 3.7.Tồn trữ, làm biến tính sản phẩm và xuất sản phẩm 29 CHƯƠNG 3: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ 30 I.Thiết bị tĩnh: 30 1.1.Tháp thô và tháp tinh: .30 1.2.Thiết bị tách nước: 31 1.3.Thiết bị trao đổi nhiệt: 31 1.4.Thiết bị hydrocyclone: 33 1.5.Hệ thống bồn bể : 33 II.Thiết bị quay: .37 GVHD: Nhóm 6 Lớp : 2 Trường: Khoa : Đồ án QT & TB 2.1.Máy nghiền: máy nghiền dạng búa 37 2.2.Bơm: 38 III.Điều khiển quá trình: 39 3.1.Van: 39 3.2.Thiết bị đo lường: 39 IV.Hệ thống và tồn trữ vận chuyển: 39 4.1 Hệ thống và tòn trữ vận chuyển nguyên liệu: 39 4.2.Hệ thống tồn trữ và vận chuyển sản phẩm 39 V.Tổng kết buổi thực tập tham quan nhà máy: 40 PHẦN 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 40 CHƯƠNG 1: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 40 1 Đầu đề thiết kế 40 2 Các số liệu ban đầu 40 I Lý thuyết về chưng cất 41 1.1.Khái niệm .41 1.2 Phương pháp chưng cất 41 1.3 Thiết bị chưng cất 42 II Giới thiệu về nguyên liệu 43 2.1 Acetone & Benzen 43 2.2 Hỗn hợp Acetone – Benzen 44 III.Sơ đồ chung 45 3.1.Chú thích các ký hiệu trong quy trình 45 3.2.Thuyết minh dây truyền sản xuất 46 3.3 Các ký hiệu trước khi tính .46 IV Tính cân bằng vật liệu của toàn thiết bị 47 4.1.Tính toán cân bằng vật liệu 47 4.2 Xác định số bậc thay đổi nồng độ (số đĩa lý thuyết) 50 GVHD: Nhóm 6 Lớp : 3 Trường: Khoa : Đồ án QT & TB 4.2.1 Xác định chỉ số hồi lưu tối thiểu 50 4.2.2 Phương trình làm việc của đoạn luyện .59 4.2.3 Phương trình làm việc của đoạn chưng: 59 4.2.4 Số đĩa lý thuyết: .59 CHƯƠNG 2: TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP .60 I.Tính lưu lượng các dòng đi qua tháp .60 1.1.Xác đinh lưu lượng trung bình đi qua đoạn luyện: 60 1.2.Lượng hơi trung bình trong đoạn chưng 63 II Vận tốc trong tháp: .65 2.1 Tính khối lượng riêng trung bình của pha lỏng: 66 2.2.Tính khối lượng trung bình của pha hơi: 68 2.3.Sức căng bề mặt : 69 III Tính đường kính 71 3.1.Đường kính đoạn luyện 71 3.2.Đường kính đoạn chưng 71 CHƯƠNG 3: TÍNH CHIỀU CAO THÁP 72 I.Xác định số đĩa thực tế 72 1.1 Độ nhớt của hỗn hợp lỏng: 72 1.2 Độ bay hơi tương đối 73 1.3.Hiệu suất tháp 74 1.4.Chiều cao tháp 75 CHƯƠNG 4: TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 76 I.CBNL trong thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu: 77 1.1.Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào 78 1.2.Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra QF 79 1.3.Lượng hơi nước (lượng hơi đốt) cần thiết để đun nóng dung dịch đầu đến nhiệt độ sôi 79 GVHD: Nhóm 6 Lớp : 4 Trường: Khoa : Đồ án QT & TB II.CBNL của tháp chưng luyện : 79 2.1.Nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu mang vào 80 2.2.Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp QY : 81 2.3.Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra QW : 82 2.4.Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra: Qngt 82 III.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ: 83 IV.Cân bằng nhiệt lượng tại thiết bị làm lạnh : 84 KẾT LUẬN 86 LỜI CẢM ƠN 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 GVHD: Nhóm 6 Lớp : 5 Trường: Khoa : Đồ án QT & TB PHẦN 1: THAM QUAN NHÀ MÁY BIO-ETHANOL CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NHÀ MÁY I.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  Vốn điều lệ : 45.000.000.000 VNĐ (9/2008); 450.000.000.000 (2011)  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 hình thành dưới sự góp vốn của Tổng Công ty Lọc Hóa dầu Bình Sơn (BSR) 61%, Tổng Công ty Dầu Việt Nam (PV OIL) 25%, 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)  GVHD: Nhóm 6 Lớp : 6 Trường: Khoa : Đồ án QT & TB Hình 1: Sơ đồ công nghệ tổng quan của nhà máy II.Các khu vực trong nhà máy Mặt bằng tổng thể của nhà máy được chia làm 3 khu vực chức năng bao gồm khu vực nhà máy chính, khu vực phụ trợ và khu vực ngoại vi, được thể hiện chi tiết trong 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 lên men GVHD: Nhóm 6 Lớp : 7 Trường: Khoa :                 Đồ án QT & TB Phân xưởng chưng cất 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 Hệ thống khí nén 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 CHƯƠNG 2: CÁC DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ I 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 được khuấy trộn được đưa qua hệ thống cyclon tách cát 3 lớp Dịch cháo được đưa đến khu vực hồ hóa để giải phóng tinh bột và chuẩn bị tốt cho quá trình lên men, quá trình này được bổ sung Enzyme alpha-amylase, ammonia, dịch hèm loãng Để tăng hiệu suất hồ hóa hỗn hợp được nâng nhiệt độ lên 110oC nhờ các dòng trao đổi nhiệt từ tháp chưng cất - Dòng dịch sau hồ hóa được tiến hành lên men Tại đây một lượng men sau khi pha trộn với nước, enzyme gluco amylase, acid sunphuric và nước công nghệ được cấp vào để tiến hành quá trình nhân nấm men Kết quả sau một chu kỳ lên men nồng độ cồn trong bồn đạt 10,44%w/w, lúc này giấm chín (beer) sẽ được bơm qua 2 tháp chưng cất thô - Tháp thô là loại tháp đĩa lỗ, dòng giấm trước khi vào 2 tháp chưng thô đã được bổ sung một lượng acid sunphuric - Sản phẩm đỉnh của tháp thô 1 là hơi cồn có nhiệt độ cao sẽ được tận dụng để đun sôi GVHD: Nhóm 6 Lớp : 8 Trường: Khoa : Đồ án QT & TB dòng tuần hoàn đáy của tháp chưng thô 2, sau đó sẽ ngưng tụ và được chứa thùng VS4202 Sản phẩm đáy của tháp thô 1 một phần sẽ được bơm PC-4101A/B bơm đun sôi tại E-4101 rồi tuần hoàn lại tháp, một phần được bơm PC-4105A/B bơm đến E-4105 để cấp nhiệt cho dòng giấm đi vào rồi đi đến khu vực li tâm tách bã để sản xuất DDFS - Sản phẩm đỉnh của tháp thô 2 là hơi cồn, dòng hơi này sẽ kết hợp với hơi cồn chưa ngưng từ thùng VS-4202 rồi đến thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp với nước lạnh E- 4108 để ngưng tụ thành cồn lỏng để chứa tại thùng VS-4103 Sản phẩm đáy của tháp thô 2 là dịch hèm, một phần được bơm PC-4102A/B bơm đun sôi tại E-4102 rồi tuần hoàn lại tháp, phần còn lại được bơm PC-4106A/B bơm đến khu vực ly tâm tách bã - Sản phẩm của hai tháp chưng thô là cồn có nồng độ khoảng 50%v/v được chứa tại VS4202 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 trao đổi nhiệt để nâng nhiệt lên rồi đưa vào tháp chưng tinh Sản phẩm đỉnh của tháp chưng tinh là hơi cồn 95%v/v có nhiệt độ cao sẽ được trích một phần tận dụng nhiệt để đun sôi dòng tuần hoàn đáy của tháp thô sau đó ngưng tụ chứa tại VS-4203, phần hơi chưa ngưng sẽ qua thiết bị ngưng tụ rồi đến thiết bị tách pha để thu lượng cồn lỏng chuyển về thùng chứa, phần hơi bay ra từ thiết bị tách pha sẽ kết hợp với dòng hơi chưa ngưng từ thùng chứa để tiếp tục đi ngưng - Phần hơi cồn 95%v/v còn lại sẽ kết hợp với rượu bậc cao (fusel draw) lấy ra ở phần dưới của đỉnh tháp để tiếp tục dẫn đến khu tách nước Sản phẩm đáy của tháp chưng tinh chủ yếu là nước có lẫn một ít cồn và các chất hữu cơ sẽ được đun sôi rồi hoàn về tháp - Hơi cồn được đưa qua hệ thống hấp phụ tách nước, zeolite 3A dùng nhằm mục đích tách toàn bộ nước còn lại trong cồn 95%v/v để đưa nồng độ cồn đến 99,98 v/v , và tách hàm lượng acid ra khỏi cồn để đạt tiêu chuẩn của cồn nhiên liệu - Ethanol trước khi xuất xe bồn được đưa vào chứa ở 2 bể kiểm tra chất lượng II.Quá trình cụ thể: Kho sắn và nhà nghiền  Chức năng của khu vực kho sắn và nhà nghiền: Tiếp nhận nguyên liệu sắn lát đầu vào, tiến hành xử lý sơ bộ, tồn trữ phục vụ sản xuất  Kho chứa và nhà nghiền được thiết kế theo model hiện đại nhất hiện tại của khu vực, với công suất kho chứa đạt 45000 tấn bột sắn tương ứng với thời gian hoạt động của nhà máy là 2 tháng  Kho chứa: GVHD: Nhóm 6 Lớp : 9 Trường: Khoa : Đồ án QT & TB - Kích thước: 80x159m -Được xây lắp với hệ thống kết cấu thép CS, có mái che kín chống thấm ướt trong quá trình bảo quản sắn + Bên trong kho chứa có hệ thống nạp liệu di động và hệ thống phân bổ bột sắn (chain reclaimer) Dọc hai bên kho chứa có hệ thống vít tải có chức năng xuất liệu ở kho chứa  Nhà nghiền: 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 → Nguyên liệu cho giai đoạn nghiền tinh là sản phẩm của quá trình nghiền thô, kích thươc hạt tinh bột sau giai đoạn nghiền tinh là: 65% có kích thước nhỏ hơn 15 micron III.Quá trình sản xuất ethanol: Khu vực nhà máy chính sản xuất Etanol sử dụng công nghệ của APTI (Mỹ) với đặc điểm chính là công nghệ lên men gián đoạn và chưng cất đa áp suất 3.1.Chuẩn bị dịch sắn và tách cát: -Mục đích của phân xưởng chuẩn bị dịch sắn và tách cát là chuẩn bị dịch sắn và tách cát và các tạp chất ra khỏi dịch sắn để tránh mài mòn và đóng cặn trong thiết bị sản xuất nhờ phương pháp trọng lực, dùng hệ thống hydrocyclone 03 cấp -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 cân sẽ được hệ thống vít tải chuyển với lưu lượng 31500kg/h đến thùng hòa bột TK-1101 Nước công nghệ (19895kg/h ở 26,70C) và dịch hèm loãng (33967kg/h ở 80,60C) sau decanter tách bã cũng được cấp vào thùng TK-1101, tại đây 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 sẽ được bơm PC-1101A/B với lưu lượng 111036kg/h áp lực dòng 4bar đến hệ thống cyclon thứ 1 (gồm 6 cyclon), dòng ra phía trên của hệ thống là dòng dịch bột đã được tách cát sẽ được đưa về thùng chứa trung gian TK-1104 Dòng GVHD: Nhóm 6 Lớp : 10 Trường: Khoa : Đồ án QT & TB QF =F CF tF (J/h) Trong đó : CF là nhiệt dung riêng của hỗn hợp khi đi ra (J/kg.độ ) Tính tương tự Cf , ta có: CAcetone (tF) = 2315,5915 (J/kg.độ ) CBenzene (tF) = 1950,2401 (J/kg.độ ) Suy ra: CF = 0.37 2315,5915+(1-0,37).1950,2401 = 2086,2231 (J/kg.độ ) Do đó: Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra: QF =F CF tF = 22,889.69,174 2086,2231.63,874 = 210988774.4 (J/h) 1.3.Lượng hơi nước (lượng hơi đốt) cần thiết để đun nóng dung dịch đầu đến nhiệt độ sôi Theo công thức IX.155/tr-197 sổ tay tập 2 : D1 = (kg/h) Thay số vào ta được D1 = 56,87813 (kg/h) II.CBNL của tháp chưng luyện : Nội suy theo nhiệt độ ta được : tP = 56,3897 GVHD: Nhóm 6 Lớp : 74 Trường: Khoa : Đồ án QT & TB  Tổng nhiệt lượng mang vào tháp bằng tổng nhệt lượng mang ra tính theo công thức IX.156/tr-197 sổ tay tập 2 : QF + QD2 + QR = QY + QW + Qxq + Qng2 Trong đó : QD2 là nhiệt lượng do hơi đốt mang vào tháp (J/h) QR là nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu mang vào (J/h) QY là nhiệt lượng do hơi mang ra ở ở đỉnh tháp (J/h) QW là nhiệt lượng do sản phẩm đấy mang ra (J/h) Qxq là nhiệt lượng tổn thất ram t xung quanh (J/h) Qng2 là nhiệt lượng do nước ngưng mang ra (J/h) 2.1.Nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu mang vào Theo công thức IX.158/tr-197 sổ tay tập 2 : QR = GR CR tR = P.RX CR tR (J/h) Trong đó: GR là lượng lỏng hồi lưu và GR = P.RX (kg/h) P,RX : lượng sản phẩm đỉnh và chỉ số hồi lưu CR , tR : nhiệt dung riêng (J/kg.độ) và nhiệt độ của chất lỏng hồi lưu (0C)  Tính CR : CR = CAcetone aP + (1-aP) CBenzene + Với CAcetone , CBenzene tính tương tự theo pp nội suy ở trên ta được :  CAcetone = 2293,266495 (J/kg.độ) ; Cbenzene = 1911,045876 (J/kg.độ) Thế số vào suy ra CR = 2293,266495.0,98 + (1-0,980) 1911,045876 GVHD: Nhóm 6 Lớp : 75 Trường: Khoa : Đồ án QT & TB = 2285.6221 (J/kg.độ) + RX = Rth =3,191 tính được ở phần CBVC  Lượng lỏng hồi lưu GR = P RX = 9,636.58,299.3,191 = 1792,544593 (kg/h) Vậy : Nhiệt lượng do hồi lỏng hồi lưu mang vào là: QR =1792,544593 2285.6221 56,3897 =231033046,1 (J/h) 2.2.Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp QY : Theo công thức IX.159/tr 17 sổ tay tập 1 thì : QY = P (1 + RX ) Trong đó: Với 1 đ đ (J/h) là nhiệt lượng riêng của hơi ở đỉnh tháp : đ = 1.α1 + 2.α2, , 2 nhiệt lượng riêng của cấu tử 1 và 2 ở đỉnh , J/kg α1,α2 Phần khối lượng của cấu tử 1 và 2 trong hơi ở đỉnh tháp  đ = ap 1 +(1- aP) 2 + 1 = rAcetone + tP CAcetone = 522186.33 + 56,3897 2293,266495 = 651502,917 (J/kg) + 2 = rBenzene + tP CBenzene (J/kg) =410669.292 + 56,3897 1911,045876 = 518432,5779(J/kg) =>> đ = 648841,5102 (J/kg) Theo bảng nhiệt hóa hơi I.212/tr254 sổ tay tập 1 Bảng I.212 Nhiệt hóa hơi của một số chất lỏng phụ thuộc vào nhiệt độ Chuyển đổi đơn vị 1Kcal/kg = 4,1868.10^3 j/kg Nhiệt độ 20 60 100 Acetone 132 124 113 GVHD: Nhóm 6 Lớp : 76 Trường: Khoa : Đồ án QT & TB Benzene 104 97,5 70,5 Bằng nội suy theo bảng nhiệt hóa hơi ở trên ta tính được : + rAcetone = 522186.33 (J/kg) ; rBenzene = 410669.292 (J/kg) Suy ra : Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp Qy là QY = P (1 + RX ) đ = 9,636.58,299.(1+3,191) 648841,5102 = 1527564129 (J/h) 2.3.Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra QW : Theo công thức IX.160/tr-197 sổ tay tập 2 : QW = W.CW tW (J/h) Trong đó: W là lượng sản phẩm đáy tháp ( kg/h) CW là nhiệt dung riêng của sản phẩm đáy (J/kg.độ ) TW là nhiệt độ của sản phẩm đáy ( 0C) + Nội suy theo nhiệt độ ta được tW = 79,189 (0 C) + Nội suy theo bảng nhiệt dung riêng : CAcetone = 2367,363 (J/kg.độ) C Benzene = 2030,740 (J/kg.độ) + CW tính tương tự CR : CW = CAcetone aW + (1- aW ).CBenzene = 2367,363 0,01 + (1- 0,01) 2030,740 = 2034,1067 (J/kg 0C) Vậy nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra là: QW = W.CW tW =2034,1067 79,189 0,01.77,732 = 165944270,7 (J/h) 2.4.Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra: Qngt GVHD: Nhóm 6 Lớp : 77 Trường: Khoa : Đồ án QT & TB Theo công thức IX.160/tr-197 sổ tay tập 2: Qngt = D2 C2 2 (J/h) Trong đó : D2 là lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi lượng sản phẩm đáy (kg/h) C2, 2 là nhiệt dung riêng (J/kg.độ) và nhiệt độ nước ngưng (0C) Theo công thức IX.163/tr 198 sổ tay tập 2 : D2 = Thay số vào D2 = 598,3894133 (kg/h) + Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường: Qxq =0,05.D2.r2= 598,3894133.0,05.2201,5.1000= 65867714,67 (J/h) III.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ: +Phương trình cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ ( Thiết bị ngưng tụ hoàn toàn ): Theo công thức trang 198 sổ tay tập 2 thì : P.(RX+1).r=Gn.Cn.(t2 – t1) Trong đó : Gn lượng nước lạnh tiêu tốn tính (J/kg.độ) R là ẩn nhiệt ngưng tụ (J/kg.độ ) Cn là nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ tb (t1 + t2)/2- (J/kg.độ) T1, t2 là nhiệt độ vào và ra của nước lạnh (0 C) Với : + r= racetone ap + (1-ap ).rBenzene = 522186.33.0,98 +(1-0,98) 410669.292 =519955,9878 (J/kg.độ) (rAcetone , rBenzene tính được ở trên ) GVHD: Nhóm 6 Lớp : 78 Trường: Khoa : Đồ án QT & TB *Để tránh hiện tượng đóng cặn trên bề mặt truyền nhiệt và tránh sự kết tủa của các muối Chọn t1 = 25 (0C) , t2 = 45 (0C) =>> ttb = (25+45)/2 = 35 (0C) + Nội suy ta tính nước nhiệt dung riêng của nước ở ttb là Cn =4176,25 (J/kg.độ) Vậy lượng nước lạnh cần thiết đê ngưng tụ hoàn toàn sản phẩm đỉnh : Theo công thức IX.165/ tr198 sổ tay tập 2 : G n = (kg/h) Suy ra Gn = 14655,84707 (kg/h) IV.Cân bằng nhiệt lượng tại thiết bị làm lạnh :  Theo công thức IX.167/tr198 sổ tay tập 2 có : P.CP.(t1’ – t2’) = Gn4 Cn (t2 – t1 ) Trong đó : Cp: nhiệt dung riêng của sản phẩm định đã ngưng tụ (J/kg.độ ) t1’ , t2’ : nhiệt độ đầu và cuối của sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ (0C) Gn4 : lượng nước làm lạnh đã ngưng tụ hoàn toàn trong thiết bị ngưng tụ (kg/h) + Hiệu số nhiệt độ trung bình ttb : Theo công thức V.9/tr 5 sổ tay tập 2 có: ttb = = 19,72832 t1’ = tP - ttb = 56,3897 - 19,72832 = 36,66136738 0C + Nhiệt độ cuối của sản phẩm đã ngưng tụ: lấy t2’= 25 0C =>> Nhiệt độ trung bình t’tb = = 30,8310C + Nội suy theo nhiệt độ t’tb ta được: CAcetone = 2212,492051 (J/kg.độ ) GVHD: Nhóm 6 Lớp : 79 Trường: Khoa : Đồ án QT & TB CBenzene = 1781,445748 (J/kg.độ ) Suy ra Cp = ap CAcetone +(1-ap).CBenzene = 0,98 2212,492051 +(1-0,98) 1781,445748 =2203,871125(J/kg.độ ) Vậy nước lạnh tiêu tốn tính theo công thức : Gn4 = Suy ra : Gn4 ==172,8472014 (kg/h) GVHD: Nhóm 6 Lớp : 80 Trường: Khoa : Đồ án QT & TB KẾT LUẬN Loại tháp: tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyển.với năng suất 38 tấn/ngày Đường kính tháp : D = 0,9 (m) Số đĩa lí thuyết : N = 19,859 đĩa Số đĩa thực tế : N = 36 đĩa Chiều cao tháp : H = 12 (m) Với quy trình công nghệ tính toán ở trên ta thấy rằng một lượng nhiệt đáng kể cần giải là ngưng tụ sản đỉnh, giải nhiệt sản phẩm đỉnh và giải nhiệt cho sản phẩm đáy chưa được tận dụng để gia nhiệt cho dòng nhập liệu Nhưng trong quá trình tính toán để gia nhiệt cho dòng nhập liệu tới trạng thái lỏng sôi nếu tận dụng nhiệt thì chưa đủ để gia nhiệt tới lỏng sôi trong khi đó phải tốn thêm thiết bị, đường ống… làm tăng chi phí của phân xưởng Vấn đề tận dụng nhiệt là một vấn đề thực tế rất được quan tâm, nó như là một giải pháp để năng cao hiệu quả của quá trình và tiết kiệm năng lượng, nhưng trong giới hạn về thời gian, khả năng và kinh nghiệm thực tế nên em chưa phân tích tính toán đánh giá đúng mức các quá trình Đồ án môn học là một môn học tổng hợp và nó đã mang lại cho nhóm em nhiều kinh nghiệm để tính toán thiết kể hoàn chỉnh một quá trình trong sản xuất GVHD: Nhóm 6 Lớp : 81 Trường: Khoa : Đồ án QT & TB LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian cố gắng tìm, đọc, tra cứu một số tài liệu tham khảo, cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy cô giáo khoa Hóa đặc biệt là thầy , Nhóm 6 đã hoàn thành nhiệm vụ thiết kế được giao Qua quá trình tiến hành này, nhóm em đã rút ra được một số nhận xét sau: Việc thiết kế và tính toán một hệ thống chưng luyện là việc làm phức tạp, tỉ mỉ và lâu dài Nó không những yêu cầu người thiết kế phải có những kiến thức thực sự sâu về quá trình chưng luyện mà còn phải biết về một số lĩnh vực khác như: cấu tạo các thiết bị phụ khác, các quy định trong bản vẽ kỹ thuật, …Các công thức tính toán không còn gò bó như những môn học khác mà được mở rộng dựa trên các giả thiết về điều kiện, chế độ làm việc của thiết bị Bởi trong khi tính toán, người thiết kế đã tính toán đến một số ảnh hưởng của điều kiện thực tế, nên khi đem vào hoạt động, hệ thống sẽ làm việc ổn định Không chỉ có vậy, việc thiết kế đồ án môn học quá trình thiết bị này còn giúp nhóm em củng cố thêm những kiến thức về quá trình chưng luyện nói riêng và các quá trình khác nói chung; nâng cao kỹ năng tra cứu, tính toán, xử lý số liệu; biết cách trình bầy theo văn phong khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống Việc thiết kế đồ án môn học “quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm” là một cơ hội cho sinh viên ngành hóa nói chung và bản thân mỗi thành viên nhóm em nói riêng làm quen với công việc của một kỹ sư hóa chất Để hoàn thành nhiệm vụ thiết kế được giao, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Thanh Bình là người đã hướng dẫn nhóm em từ đầu đồ án tới khi kết thúc giúp nhóm em hoàn thành tốt nhiệm vụ thiết kế của mình.Mặc dù đã cố gắng để hoàn thành tốt nhiệm vụ, song do hạn chế về tài liệu, cũng như kinh nghiệm thực tế, nên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình thiết kế Mong được các thầy cô xem xét và chỉ dẫn thêm Nhóm em xin chân thành cảm ơn Nhóm 6 gồm: GVHD: Nhóm 6 Lớp : 82 Trường: Khoa : Đồ án QT & TB TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất - tập 1 ( nhà xuất bản khoa học kỹ thuật) 2.Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất– tập 2 ( nhà xuất bản khoa học kỹ thuật) GVHD: Nhóm 6 Lớp : 83 ... VÀ THIẾT KẾ CHƯƠNG 1: 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. .. người ta thường dùng loại thiết bị khác để tiến hành chưng luyện Tuy nhiên tùy vào yêu cầu mà ta chọn thiết bị chưng luyện khác Ở ta khảo sát tháp chóp tháp đệm -Tháp chóp: than tháp hình trụ, thẳng... thường gặp phương pháp chưng khác như: chưng đơn giản, chưng nước trực tiếp, chưng chân không đặc biệt chưng luyện -Chưng luyện phương pháp thông dụng dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp cấu tử dễ bay