THÔNG TIN TÀI LIỆU
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HĨA ĐỒ ÁN THỰC TẬP Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ Đề tài: Tính tốn thiết kế hệ thống chưng cất hỗn hợp hai cấu tử Formic acid - Acetic acid Giảng viên: TS NGUYỄN THANH BÌNH Sinh viên: VŨ NHƯ THIÊN NGUYỄN ĐỨC THỊNH NGÔ TRƯƠNG TIỆP PHAN THỊ THU TRÀ Lớp: Nhóm: 18KTHH1 Đà Nẵng, 2021 MỤC LỤC Thực tập Quá trình thiết bị Nguyễn Thanh Bình LỜI CẢM ƠN CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY BIO - ETHANOL DUNG QUẤT I Sơ lược nhà máy II. Các Khu vực sản xuất .5 Phân xưởng 2. Phân xưởng ngoại vi 14 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CHƯNG LUYỆN 20 I Khái niệm chưng cất 20 II Hỗn hợp hai cấu tử 20 III Cân lỏng – .22 IV Tháp chưng cất 23 V Sơ đồ tổng quát dây chuyền công nghệ 24 Sơ đồ công nghệ 24 Nguyên lí làm việc tháp chưng luyện .26 Nguyên lí làm việc hỗn hợp Formic acid - Aceti acid 27 CHƯƠNG III: TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ THIẾT BỊ CHƯNG 29 I Yêu cầu toán 29 II Cơ sở liệu 29 III Thông số ban đầu… .29 IV Tính tốn thiết kế… .30 Cân vật liệu 30 a Đổi số liệu 30 b Tính cân vật liệu 31 c Thành phần pha hỗn hợp hai cấu tử Formic acid - Acetic acid .31 Lớp 20KTHH2 Nhóm Thực tập Quá trình thiết bị Nguyễn Thanh Bình d Đồ thị cân pha .32 Xác định số đĩa lý thuyết .34 a Giả thuyết Mc Cabe Thiele .34 b Các trạng thái nhiệt động hỗn hợp đầu 35 c Phương trình đường nồng độ làm việc 35 d Chỉ số hồi lưu tối thiểu 38 e Chỉ số hồi lưu thích hợp .47 Xác định số đĩa thực tế 48 Xác định đường kính tháp chưng luyện 51 a Đường kính D1 của đoạn luyện 52 b Đường kính D2 của đoạn chưng 54 Xác định chiều cao tháp chưng luyện .57 Cân nhiệt lượng .57 a Cân nhiệt lượng thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu .58 b Cân nhiệt lượng cho tháp chưng luyện .60 c Cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ - hồi lưu hoàn toàn 63 d Cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ - làm lạnh hoàn toàn .64 V Kết luận… .65 CHÚ THÍCH 66 LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập giảng đường, chúng em nhận nhiều quan tâm giúp đỡ quý thầy cô bạn bè Với lòng biết ơn sâu sắc chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Nguyễn Thanh Bình - người đồng hành Lớp 20KTHH2 Nhóm Thực tập Q trình thiết bị Nguyễn Thanh Bình chúng em suốt thời gian đồ án môn học Thầy giúp đỡ chúng em nhiều khơng nội dung mà cịn cách trình bày đồ án cho hợp lý Đây lần chúng em tiếp cận với đồ án nên làm khó tránh khỏi sai sót, mong thầy nhóm Q tình thiết bị bỏ qua dạy thêm cho chúng em Và nhóm gửi lời cảm ơn đến Cơng ty Cổ phần Nhiên liệu sinh học Dầu khí miền Trung (BSR-BF) hỗ trợ chúng em tham quan tìm hiểu nhà máy gian đoạn dịch Covid-19 diễn biến phức tạp, thời gian tham gian có giới hạn giúp chúng em có thêm nhiều kiến thức bổ ích thực tế vận hành thiết bị Một lần nữa, Nhóm xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Công ty Bio - Ethanol Dung Quất! NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN BAN CHỦ NHIỆM KHOA Ngày… tháng… năm 2021 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CHƯNG LUYỆN I Khái niệm chưng cất: Lớp 20KTHH2 Nhóm Thực tập Q trình thiết bị Nguyễn Thanh Bình - Chưng cất trình dùng nhiệt để tách hỗn hợp chất lỏng (cũng hỗn hợp khí hóa lỏng) thành cấu tử riêng biệt, dựa độ bay khác cấu tử hỗn hợp (nghĩa nhiệt độ, áp suất bão hòa cấu tử khác nhau) Thay đưa vào hỗn hợp pha để tạo nên tiếp xúc hai pha q trình hấp thụ nhả khí, trình chưng cất pha tạo nên bốc ngưng tụ - Để thu sản phẩm có độ tinh khiết cao, người ta tiến hành chưng nhiều lần gọi chưng luyện - Các phương pháp chưng cất thường gặp sản xuất: + Chưng đơn giản : dùng để tách sơ làm cấu tử khỏi tạp chất (yêu cầu cấu tử có độ bay khác xa nhau) + Chưng nước trực tiếp : tách hỗn hợp gồm chất khó bay tạp chất không bay (chất tách không tan nước) + Chưng chân không: trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi cấu tử + Chưng luyện : phương pháp phổ biến dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp cấu tử dễ bay có tính chất hịa tan phần hay hịa tan hồn tồn vào Chưng luyện áp suất thấp: dùng cho hỗn hợp dễ bị phân huỷ nhiệt độ cao Chưng luyện áp suất cao: dùng cho hỗn hợp khơng hóa lỏng áp suất thường II Hỗn hợp hai cấu tử: - Phân loại hỗn hợp hai cấu tử: + Hỗn hợp lý tưởng hỗn hợp mà lực liên kết phân tử loại lực liên kết phân tử khác loại chúng hòa tan theo tỷ lệ nào, cân lỏng - tuân theo định luật Raoult: EA-B = EA-A = EB-B + Hỗn hợp thực hỗn hợp khơng hồn tồn tn theo định luật Raoult: Chúng hồn tồn tan lẫn vào nhau, có sai lệch dương với định luật Raoult: Lớp 20KTHH2 Nhóm Thực tập Quá trình thiết bị Nguyễn Thanh Bình P= a x P bh với a>1 Trong trường hợp lực liên kết phân tử khác loại bé lực liên kết phân tử loại: EA-B < EA-A ( EB-B) Chúng hồn tồn tan lẫn vào nhau, có sai lệch âm với định luật Raoult: p= a x P bh với a EA-A ( EB-B) Chúng hoàn toàn tan lẫn vào nhau, tồn điểm đẳng phí Tại đó, áp suất đạt giá trị cực đại (ví dụ: hệ alcol etylic-nước) Chúng hoàn toàn tan lẫn vào nhau, tồn điểm đẳng phí Tại đó, áp suất đạt giá trị cực tiểu (ví dụ: hệ axit nitric-nước) Chúng tan lẫn phần vào (ví dụ: hệ nước-n butanol) Chúng hồn tồn khơng tan lẫn vào (ví dụ: hệ benzen-nước) - Khi chưng hỗn hợp hai cấu tử: + Sản phẩm đỉnh gồm cấu tử có độ bay lớn phần cấu tử có độ bay bé + Sản phẩm đáy gồm cấu tử có độ bay bé phần cấu tử có độ bay lớn III Cân lỏng - hơi: - Cân lỏng - trạng thái mà pha lỏng pha (pha khí) cân bằng với nhau, tốc độ bay tốc độ ngưng tụ mức độ phân tử lúc đó, xem khơng có chuyển pha lỏng - Mặc dù, theo lý thuyết, q trình chuyển pha ln đạt đến cân bằng, thực tế, cân thiết lập hệ tương đối kín, chất lỏng tiếp xúc với thời gian đủ dài khơng có tác động từ bên tác động từ từ Lớp 20KTHH2 Nhóm Thực tập Q trình thiết bị Nguyễn Thanh Bình - Nồng độ pha tiếp xúc với pha lỏng nó, đặc biệt trạng thái cân bằng, đặc trưng áp suất hơi, áp suất riêng phần hỗn hợp Áp suất cân chất lỏng thường phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ Ở trạng thái cân lỏng - hơi, pha lỏng với cấu tử có nồng độ định có pha cân bằng, nồng độ hay áp suất riêng phần cấu tử đạt giá trị không đổi, phụ thuộc vào nồng độ cấu tử pha lỏng nhiệt độ Ngược lai, pha có nồng độ cấu tử hay áp suất riêng phần khơng đổi trạng thái cân bằng, pha lỏng có nồng độ không đổi, phụ thuộc vào nồng độ pha nhiệt độ - Nồng độ cân cấu tử pha lỏng thường khác với nồng độ hay áp suất pha hơi, chúng có tương quan Nồng độ cân bằng lỏng - thường xác định qua thực nghiệm cho hỗn hợp lỏng - có nhiều cấu tử Trong số trường hợp, số liệu cân lỏng - xác định nhờ Định luật Raoult, Định luật Dalton hay Định luật Henry - Cân lỏng ứng dụng nhiều việc thiết kế tháp chưng cất, đặc biệt tháp đĩa IV Tháp chưng cất: - Tháp chưng cất hệ thống gồm nhiều đĩa, đĩa tháp ứng với nồi chưng trình chưng cất Bộ phận đun nóng đáy Hơi từ qua lỗ đĩa Chất lỏng chảy từ xuống qua ống chuyền Nồng độ cấu tử thay đổi theo chiều cao tháp, nhiệt độ sôi thay đổi tương ứng - Phân loại tháp chưng cất: Phân loại Tháp đĩa lưới - Chế tạo đơn giản tiêu tốn kim loại tháp đĩa chóp Ưu điểm - Hiệu suất tương đối cao - Hoạt động ổn định Tháp đĩa chóp Tháp đệm - Cấu tạo đơn giản - Năng suất cao - Hoạt động ổn định - Trở lực thấp - Hiệu tách cao - Chi phí lắp đặt thấp - Làm việc với chất lỏng bẩn Lớp 20KTHH2 Nhóm Thực tập Q trình thiết bị - Trở lực cao Nhược điểm Nguyễn Thanh Bình - Chi tiết cấu tạo phức tạp - Thiết bị nặng, suất thấp, độ ổn định thấp - Yêu cầu lắp đặt khắt khe - Trở lực lớn (lắp đĩa thật phẳng, lưu - Vệ sinh khó khăn nên lượng làm việc phải phù - Tiêu tốn nhiều vật khơng sử dụng với hợp với kích thước lỗ) liệu liệu kim loại chất lỏng bẩn Lớp 20KTHH2 Nhóm Thực tập Q trình thiết bị Nguyễn Thanh Bình Hình 14: Tháp đĩa chóp V Sơ đồ tổng quát dây chuyền công nghệ: Sơ đồ cơng nghệ: Hình 15: Hệ thống thiết bị chưng luyện liên tục (1) Tháp chưng - Gồm có phần : phần gồm từ đĩa tiếp liệu trở lên đỉnh gọi đoạn luyện, phần gồm từ đĩa tiếp liệu trở xuống gọi đoạn chưng Lớp 20KTHH2 Nhóm Thực tập Quá trình thiết bị Nguyễn Thanh Bình (2) Thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu - Mục đích: dùng để đun sơi hỗn hợp đầu nhằm tách cấu tử nhẹ có nhiệt độ sôi thấp bay lên đưa vào tháp chưng luyện. - Dùng nước bão hoà để đun nóng có hệ số cấp nhiệt lớn, ẩn nhiệt ngưng tụ cao Hơi nước bão hoà ống, lỏng ống (3) Thùng cao vị - Mục đích: điều áp điều chỉnh dung lượng vào thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu (4) Thiết bị đun sôi đáy tháp - Thiết bị gia nhiệt dạng ống xoắn ruột gà, sử dụng nước bão hoà để đun với ống lỏng ống (5) Thiết bị ngưng tụ hoàn toàn - Giai đoạn hồi lưu: dùng để đảm bảo, tăng cường độ tinh khiết sản phẩm đỉnh cung cấp lỏng cho lò luyện (6) Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh - Mục đích: làm mát sản phẩm (7) Thùng chứa sản phẩm đỉnh (8) Thùng chứa sản phẩm đáy (9) Thùng chứa nguyên liệu Nguyên lí làm việc tháp chưng luyện liên tục: Hỗn hợp lỏng ban đầu bơm lên thùng cao vị để ổn định áp lực Từ thùng cao vị hỗn hợp lỏng chảy qua thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu nước nóng chảy vào đĩa tiếp nhận Nhiệt độ hỗn hợp lỏng sau qua thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu thường đạt đến nhiệt độ sôi Hơi từ lên, lỏng từ xuống Nồng độ cấu tử thay đổi theo chiều cao tháp, nhiệt độ sôi thay đổi tương ứng với thay đổi nồng độ chúng Cụ thể, đĩa chất lỏng có nồng độ cấu tử dễ bay x1, bốc lên có nồng độ y1 (y1 > x1) Hơi qua lỗ đĩa lên đĩa tiếp xúc với lỏng Nhiệt độ chất lỏng đĩa thấp đĩa 1, nên phần ngưng tụ lại, nồng độ cấu tử dễ bay đĩa x2 > x1 Hơi bốc lên từ đĩa có nồng độ cấu tử dễ bay y 2 (y2 > x2) lên Lớp 20KTHH2 10 Nhóm Thực tập Quá trình thiết bị Nguyễn Thanh Bình r đ = r A.yđ + (1- yđ).r B (với yđ = xP) Dùng phương pháp nội suy tuyến tính [5], ta thu được: ⇒ r A =521964,16 (J/kg) r B =410488,777 (J/kg) Suy ra: rđ =521964,16.0,96+(1-0,96). 410488,777 = 517.505,141 (J/kg) + Thế r 1 vào hệ phương trình trên, ta thu hệ sau: g1 - G1 = GP g1.y1 - G1.xP = GP.xP g1.y1.(r A - r B) + g1.r B = gđ.r đ Thế số vào hệ, ta có: g1 - G1 = g1.y1 - G1 0,9699 = 552 0,969 g1.y1.(479807 - 397011) + g 397011 = 3172,588 476495 ⇒ Giải hệ này, ta được: g1 =3568,945523(kg/h); G1 =2929,315523 g1.y1 = 3069,554; y1 = 0,55138479(phần khối lượng) và r 1 =426639,838 (J/kg) ⇒ gtb = 2942,30 + 3568,95 = 3255,622 (kg/h) ] - Khối lượng trung bình riêng lỏng ρ xtb: = a tbA ρ x tb ρ x tb ( A ) + −atbA ρ x tb ( B ) + Phần khối lượng trung bình cấu tử A pha lỏng: atbA = a P+ a F = 0,97 + 0,46 =¿0,71 b Khối lượng riêng trung bình hỗn hợp hai cấu tử A B: (với ρ xtb ( A ) , ρ x tb (B ) = f(T); Ttb luyện = 333,88 (K) Lớp 20KTHH2 35 Nhóm Thực tập Quá trình thiết bị Nguyễn Thanh Bình Dùng phương pháp nội suy tuyến tính[8], ta thu được: ρ xtb ( A ) = 744,81 (kg/m3); ρ xtb ( B) = 835,08(kg/m 3) ⇒ 0,71 −0,71 ρ = 744,81 + 835,08 ⇒ ρ xtb = 768,491 (kg/m3) x tb c.Khối lượng riêng trung bình khí (hơi) ρytb: ρ y tb = ( y tb ( A ) ) M A + ( 1− y tb ( A ) ) M B 273 22,4 T tbluyện + Nồng độ trung bình phần mol cấu tử A: y tb ( A )= ⇒ ρ y tb = y 1+ y đ y + x P = = 0,62+ 0,96 =0,79 ( 0,79.0 , 58 + ( 1−0,79 ) 78 ) 273 22,4.333,88 =2,269 (kg/m3) Vậy đường kính D 1 của đoạn luyện là: (chọn h)[9] D1 = 0,0188 3255,62 (m) ¿¿ ¿ √ ¿ = 0,065.0,8.√ h , 27.768,49 [kg/m2.s] D (m) h (m) 0-0,6 0,6-1,2 0,25 ⇒ 1,2-1,8 0,30-0,35 0,35-0,45 >1,8 0,45-0,6 D1 = 0,984 (m) h = 0,30 (m) b Đường kính D2 của đoạn chưng: ' - Ta có: g’tb = ' ' g n+ g g + g = 2 (10) + Vì lượng khỏi đoạn chưng lượng vào đoạn luyện: g’ n = g1 = 3165,406 (kg/h) - Lượng vào đoạn chưng (lượng g’ 1, lượng lỏng G’1, hàm lượng lỏng x’1): G’1 = g’1 + GW Lớp 20KTHH2 36 Nhóm Thực tập Q trình thiết bị Nguyễn Thanh Bình G’1.x’1 = g’1.y’1 + GW.xW (y’1 = yW) g’1.r’1 = g’n.r’n = g1.r 1 + Ẩn nhiệt hóa hỗn hợp vào đĩa thứ nhất: (r A, r B = f(TW)) r’1 = r A.y’1 + (1-y’1).r B Dùng phương pháp nội suy tuyến tính [5], ta thu được: r A = 497116,5871 (J/kg); r B = 394183,337 (J/kg) r’1=497116,5871.0,035+(1-0,035).394183,337=397774,553 (kg/h) + Thế r’1 vào hệ phương trình trên, ta thu g’ 1: g’1 = g r1 ' r1 = 3568,95.426639,84 397774,55 =¿3827,933 (kg/h) + Thế g’1 vào hệ phương trình để tìm G’1 và từ tìm x’1 như sau: G’1 = 3827,933+985,37 = 4813,303 (kg/h) x’1 = ⇒ g’tb = 3827,933.0 , 035 + 985,37∗0,0267 = 0,034 4719,858 3827,933+ 3568,946 = 3698,439(kg/h) -b Khối lượng riêng hỗn hợp đáy ●Khối lượng trung bình riêng lỏng ρxtb: ' ' = a tbA ' ρ x tb ρ x tb ( A ) ' + 1−a tbA ' ρ x tb (B ) ●Phần khối lượng trung bình cấu tử A pha lỏng: a’tbA = aW + a F = 0,0267 + , 46 =0 , 244 ●Khối lượng riêng trung bình cấu tử A B: (với ρ' x tb ( A ) , ρ' xtb ( B) = f(T); Ttb chưng = 345,13K) ●Dùng phương pháp nội suy tuyến tính[7], ta thu được: Lớp 20KTHH2 37 Nhóm Thực tập Quá trình thiết bị Nguyễn Thanh Bình ρ x tb ( A ) = 729,63 (kg/m3); ρ x tb ( B ) = 823,27(kg/m3) ' ⇒ ' 0,180 1− 0,180 ρ' = 1095,399 + 943,507 ⇒ ρ' x tb = 967,660 (kg/m3) x tb Khối lượng riêng trung bình khí (hơi) ρ ' ytb: ρ ' y tb ( y = ' tb ( A ) ( ' ) ) M A + − y tb ( A ) M B 273 22,4 T tb chưng + Nồng độ trung bình phần mol cấu tử A: ' ' y tb ( A )= ⇒ ρ ' y tb = y + y = 0,078 + , 23 ( 0,495 46 +( 1− 0,495 ) 60 ) 273 22,4 386,919 = , 351 =2,507 (kg/m3) Vậy đường kính D 2 của đoạn chưng là: (chọn h)[8] D2 = 0,0188 3698,439 ¿ (m) ¿¿ √ ¿ = 0,065.0,8.√ h , 507.798,334 [kg/m2.s] D (m) 0-0,6 h (m) 0,25 ⇒ 06-1,2 1,2-1,8 >1,8 0,30-0,35 0,35-0,45 0,45-0,6 D2 =1,012 (m) h = 0,30 (m) Vì đường kính D1 = 0,997 (m) D2 = 0,989 (m) nên ta quy chuẩn đường kính tháp chưng luyện liên tục là: D = (m) h = 0,3 (m) Xác định chiều cao tháp chưng luyện: H = Ntt.(h + δ ) + (0,8 ÷ 1) - Trong đó: + N tt là số đĩa thực tế + h khoảng cách đĩa [m] (với h = 0,3 m) + δ là chiều dày đĩa [m] (với δ = 0,005 m) Lớp 20KTHH2 38 Nhóm Thực tập Q trình thiết bị Nguyễn Thanh Bình + (0,8 ÷ 1) khoảng cách cho phép đỉnh đáy thiết bị h yếu tố chủ yếu ảnh hưởng lên hiệu suất làm việc đĩa Vì khoảng cách ngắn chất lỏng bị bắn từ đĩa lên đĩa nhiều lần làm xáo trộn chế độ làm việc đĩa; ngược lại, khoảng cách h q lớn lãng phí Vì vậy, phải chọn h thích hợp [10] ⇒ H = 50,350.(0,3 + 0,005) + = 16,357 (m) CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG : Mục đích việc tính tốn cân nhiệt lượng để xác định lượng đốt cần thiết đun nóng hỗn hợp đầu, đun bốc đáy tháp xác định lượng nước làm lạnh cần thiết cho trình ngưng tụ làm lạnh Chọn nước làm chất tải nhiệt nguồn nguyên liệu rẻ tiền, phổ biến thiên nhiên có khả đáp ứng u cầu cơng nghệ Sơ đồ cân nhiệt lượng: Q y H2O H2O Q R H2O Q F Q xq2 Q xq1 H2O Q D1 Q P Q D2 Q f Q ng1 Q ng2 Q W Lớp 20KTHH2 39 Nhóm Thực tập Quá trình thiết bị Nguyễn Thanh Bình Các kí hiệu: QD1 : lượng nhiệt nước cung cấp để đun nóng hỗn hợp đầu, J/h Qf : lượng nhiệt hỗn hợp đầu mang vào, J/h QF : lượng nhiệt hỗn hợp đầu mang khỏi thiết bị đun nóng, J/h Qxq1 : lượng nhiệt mát q trình đun sơi, J/h Qy : lượng nhiệt mang khỏi tháp, J/h QR : lượng nhiệt lượng lỏng hồi lưu mang vào, J/h QP : nhiệt lượng sản phẩm đỉnh mang ra, J/h QD2 : nhiệt lượng cần đun nóng sản phẩm đáy, J/h QW : nhiệt lượng sản phẩm đáy mang ra, J/h Qxq2 : nhiệt lượng mát tháp chưng luyện, J/h Qng1 : nhiệt nước ngưng mang thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu, J/h Qng2 : nhiệt nước ngưng mang thiết bị đun sôi sản phẩm đáy, J/h Cân nhiệt lượng thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu : Phương trình cân nhiệt lượng cho trình đun nóng: QD1 + Qf = QF + Qxq1 + Qng1 Lớp 20KTHH2 40 Nhóm Thực tập Q trình thiết bị Nguyễn Thanh Bình a) Nhiệt lượng đốt mang vào Q D1 QD1 =D1 λ 1 = D1(r 1 + t1C1) (J/h) Với : D1 : lượng đốt mang vào (kg/h) λ 1 : hàm nhiệt nước (J/kg) r 1 : ẩn nhiệt hóa hơi nước (J/kg) t 1 : nhiệt độ nước ngưng (oC) C1 : nhiệt dung riêng nước ngưng (J/kg đôÜ) b) Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang vào Q f Qf = F.Cf tf (J/h) Với : F : Lượng hỗn hợp đầu, kg/h Cf : Nhiệt dung riêng hỗn hợp đầu, J/kg.độ Cf =a F C A +(1 −a F ) C B aF : Nồng độ phần khối lượng hỗn hợp đầu CA, CB : Nhiệt dung dung riêng Axêtôn Benzen 25 oC (J/kg.độ) tf : Nhiệt đầu hỗn hợp (lấy nhiệt độ mơi trường bên tf = 25oC) ngồi c) Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang Q F QF = F.CF tF Lớp 20KTHH2 41 Nhóm Thực tập Q trình thiết bị Với Nguyễn Thanh Bình CF : Nhiệt dung riêng hỗn hợp khỏi thiết bị đun nóng, J/kg.độ tF : Nhiệt độ hỗn hợp khỏi thiết bị đun nóng, oC d) Nhiệt lượng nước ngưng mang Qng1 Qng1 = Gng C 1 t 1 = D1t1C1 Gng1 : Lượng nước ngưng (lấy lượng đốt), kg/h e) Nhiệt lượng mát môi trường xung quanh Q m1 (thường lấy 5% nhiệt tiêu tốn) Qxq1 = 5%(QD1 - Qng1 ) = 5% D1r 1 Như lượng nước bão hoà cần thiết để đun nóng dung dịch đầu đến nhiệt độ sôi: D 1= F ( t F C F −t f C f ) , 0,95 r kg/h F = 1625(kg/h) Tính nhiệt dung riêng hổn hợp đầu C f ở 25o C : Cf 25 = CA 25 aF + CB25 (1-aF) CA25, CB25 tra bảng I-153/171.I nội suy CA25 = 2195 (J/kgđộ) CB25 = 1753,75 (J/kg.độ) => Cf 25 = 2195 0,39 + 1753,75 (1- 0,39) =1925,84(J/kg.độ) Nhiệt dung riêng hỗn hợp đầu thiết bị đun nóng nhiệt độ t F =ts = 64,8 oC Lớp 20KTHH2 42 Nhóm Thực tập Q trình thiết bị Nguyễn Thanh Bình CF64.8 = CA 64,8aF + CB64,8 (1- aF) CA64,8 = 2320,6 (J/kg.độ)ü CB64,8 = 1955,2 (J/kg.độ) => CF 64,8 = 2320,6 0,405 + 1955,2 (1- 0,405) = 2103 (J/kg.độ) Ta chọn nước bão hịa đun sơi áp suất p=2,025atm, to =120oC, ta có r 1=2207000 (J/kg) (bảng I-121/314.I) 2099,01∗ 65,1−1925,84∗25 =105,89 kg / h ¿ 0,95 × 2207000 Vậy: D=1625 × Cân nhiệt lượng cho toàn tháp: ❑ Q F + Q R + Q D 2= Q y + QW + Q + ng 2¿ Q xq ¿ a) Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang vào tháp : Q F =C F t F F =1625 × 2099,07 × 64,1=¿ 222069855,6( J / h ) b) Nhiệt lượng nước mang vào đáy tháp : ❑ Q D 2¿ D2 λ2= D 2( r 2+ C 2 t 2 )( J / h ) D2 : lượng nước cần thiết để đun sôi dung dịch đáy tháp, kg/h λ 2 : hàm nhiệt nước bão hòa, J/kg t2, C2 : nhiệt độ nhiệt dung riêng nước ngưng, 0C, J/kgđộ c) Nhiệt lượng lỏng hồi lưu mang vào : QR = GR tR CR (J/h) GR : Lượng lỏng hồi lưu, kg/h GR = Rx.P= 3,6 639,63=2302,66 (kg/h) tR , CR : Nhiệt độ nhiệt dung dung riêng lỏng hồi lưu Lớp 20KTHH2 43 Nhóm Thực tập Quá trình thiết bị Nguyễn Thanh Bình tR = tP = 57 oC Ta có C56,66R = C56,66A aP + C56,66B (1- aP) CA, CB : tra bảng I-153/171.I nhiệt độ 57 oC nội suy ta có: C56,66A = 2295,25 (J/kgđộ) C56,66B = 1912,44 (J/kgđộ) C57R = 2294,13 0,96 + 1914,25.(1- 0,96) = 2278,86(J/kg.độ) => Do QR = 2302,66 22449x56,66 =293398537 (J/h) d) Nhiệt lượng mang đỉnh tháp Q y : Q y =G y λ d= P ( R x + ) λ d λ d : nhiệt trị hỗn hợp đỉnh tháp, (J/kg) λ d= λ1 a ' P +( 1− a ' P ) λ2= r P + C P t P λ 1, λ 2 : hàm nhiệt Axêtôn Benzen, J/kg CP : nhiệt dung riêng hỗn hợp khỏi tháp nhiệt độ 56,66 oC CP = CR = 2278,86(J/kg.độ) (tính trên) r P : ẩn nhiệt hóa hỗn hợp đỉnh tháp nhiệt dộ 56,66 oC r P = r Aa’P + r B(1- a’P) a’P :là nồng độ phần khối lượng hỗn hợp đỉnh tháp y M B 0,96 78 a ' P = = =0,88 (phần KL) y − y 0,96 1−0,96 + + M B M A 78 58 r A, r B : Nhiệt hố Axêtơn, Benzen 56,66 oC Tra bảng: Lớp 20KTHH2 44 Nhóm Thực tập Quá trình thiết bị Nguyễn Thanh Bình I-213/254.I phương pháp nội suy ta có : r A = 521964,2J/kg r B = 410488,8 J/kg ⇒ r =521964,2 x 0,88 + 410488,8 (1−0,88 )= 508784,5( J / kg ) P Suy λ d = r P + CPtP = 517505,1+ 2278,86 56,66=646614,06 (J/kg) Vậy Qy = P(Rx + 1) λ d = 639,63.(1 + 3,6).646614,1=1902524288 (J/h) e) Nhiệt lượng sản phẩm đáy mang ra: QW = W.CW tW , J/h W : lượng sản phẩm đáy, kg/h tW : nhiệt độ sản phẩm đáy, tW = 78 oC CW : nhiệt dung riêng sản phẩm đáy xác định theo công thức : 78 78 78 C W =C A aW −C B ( 1− aW ) CA78, CB78: nhiệt dung riêng Axêtôn Benzen 79,15 oC Tra bảng I-153/171.I phương pháp nội suy ta có : ⇒ CA78= 2367,23 J/kg.độ CB78= 2030,53 J/kg.độ CW = 2367,23 0,02+ 2030,53 (1 – 0,02 ) = 2037,26 (J/kg.độ) Vậy QW =985,37 2037,26 79,15= 315,33 106 (J/h) f) Nhiệt lượng nước ngưng mang : Qng 2=Gng C 2 t 2= D2 C 2 t 2, J/h Lớp 20KTHH2 45 Nhóm Thực tập Quá trình thiết bị Nguyễn Thanh Bình Gng2 : lượng nước ngưng tụ (kg/h) lượng nước cần thiết để đun sôi dung dịch đáy tháp C2, t2 : Nhiệt dung riêng (J/kg.độ) nhiệt độ nước ngưng ( oC) g) Nhiệt lượng tổn thất môi trường xung quanh : Qxq2 = 0,05D2r 2 , J/h Vậy lượng đốt cần thiết để đun sôi dung dịch đáy tháp : D2= Q y + QW − Q F −Q R 0,95 r = 19025224288 + 158886878,6 −297293884,4 − 222069855,6 0,95 × 2207000 735,48 (kg/h) Vậy lượng nước bão hòa cần thiết là: D = D1 + D2 = 105,89 + 735,48= 841,38(kg/h) Cân nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ : Sử dụng thiết bị ngưng tụ hồn tồn : Phương trình cân nhiệt lượng : P ( R x + ).r = Gn1Cn(t2 - t1 ) r : ẩn nhiệt ngưng tụ đỉnh tháp r = 517505,1 (J/kg) (tính phần Qy Cn : Nhiệt dung riêng nước nhiệt độ trung bình (t 1 + t2)/2, J/kg.độ t1 , t2 : Nhiệt độ vào, nước làm lạnh, oC Gn1 : Lượng nước lạnh tiêu tốn cần thiết ⇒ Gn = P ( Rx + ) r , kg / h C n ( t 2 − t 1 ) Chọn nhiêt độ vào nước làm lạnh t1 =25oC nhiệt độ t2 = 45oC Do nhiệt độ trung bình : t tb = t 1 + t 2 = 25 + 45 =35 0C Cn : nhiệt dung riêng nước nhiệt độ 35 oC Tra bảng I-147/165.I Cn = 0,99861 (kcal/kg.độ) = 4180 (J/kg.độ) Vậy lượng nước làm lạnh : Lớp 20KTHH2 46 Nhóm Thực tập Quá trình thiết bị G n 1= Nguyễn Thanh Bình P ( Rx + ) r 639,63 × ( + 3,6 ) × 517505,1 = =¿ 18229,86(kg/h) 4180 ×( 45− 25) C n( t 2− t 1 ) Cân nhiệt lượng cho thiết bị làm lạnh: P (t ' 1 −t ' 2 ) C P =Gn C n (t 2− t 1 ) t ' 1 , t ' 2 : Nhiệt độ đầu, cuối sản phẩm đỉnh ngưng tụ, 0C t’1 = tP = 56,66oC, t’2 = 25 oC t1 = 25oC , t2 = 45oC ,Cn = 4180 (J/kg.độ) CP : nhiệt dung riêng sản phẩm đỉnh ngưng tụ, J/kg.độ CP= 2278,86 (J/kg.độ) (ở phần tính Q y) Lượng nước lạnh tiêu tốn : ' G n 2= ' P ( t 1− t 2) C P 639,63 × 2278,86 ( 56,66 −25 ) = =551,93 (kg/h) C n ( t 2−t 1) 4180 × ( 45−25 ) Vậy tổng lượng nước 25 0C ,1amt cần dùng để ngưng tụ làm lạnh : Gn = Gn1 + Gn2 = 18229,86 + 551,93=18781,78 (kg/h) V KẾT LUẬN: Qua thời gian làm Đồ án bảo vệ thực tập Q trình thiết bị, giúp nhóm chúng em đạt kết sau: - Đã tìm hiểu, nắm bắt kỹ thuật, công nghệ sản xuất ethanol từ nguồn nguyên liệu sắn Nhà máy Bio - ethanol Dung Quất - Đã tìm hiểu, nắm bắt kỹ thuật phân tách hỗn hợp hai cấu tử Formic acid với Acetic acid, đặc biệt phương pháp chưng luyện liên tục tháp đĩa chóp Lớp 20KTHH2 47 Nhóm Thực tập Q trình thiết bị Nguyễn Thanh Bình - Đã tính tốn thông số công nghệ: + Cân lỏng - hỗn hợp Formic acid - Acetic acid làm việc áp suất thường + Chỉ số hồi lưu thích hợp cho q trình chưng luyện + Chọn loại đĩa phù hợp với yêu cầu suất, nồng độ + Số đĩa lý thuyết xác định theo phương pháp vẽ đồ thị dựa vào Giả thuyết Mc Cabe Thiele + Hiệu suất thiết bị, từ suy số đĩa thực tế + Chiều cao tháp + Đường kính tháp - Tính tốn cân nhiệt lượng tìm hiểu mục đích cân nhiệt lượng CHÚ THÍCH [1] Bảng IX.2a, trang 146, Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập [2] ξ Chỉ số hồi lưu thích hợp, trang 158, Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập [3] Cơng thức tính độ nhớt hỗn hợp chất lỏng (I.12), trang 84, Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập Lớp 20KTHH2 48 Nhóm Thực tập Quá trình thiết bị Nguyễn Thanh Bình [4] Đồ thị xác định hiệu suất trung bình thiết bị (hình IX.11), trang 171, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập [5] Bảng I.121, trang 254, Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập [6] Bảng I.142, trang 300, Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập [7] Hệ số tính đến sức căng bề mặt, trang 184, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập [8] Bảng I.2, trang 9, Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập [9] Bảng chọn giá trị h, mục 39, trang 184, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập [10] Bảng IX.4, trang 169, Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập [11] Bảng I.154, trang 172, Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập [12] Water - Heat of Vaporization https://www.engineeringtoolbox.com/water-properties-d_1573.html) (link: [13] Bảng I.249, trang 310, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập Lớp 20KTHH2 49 Nhóm ... nóng hỗn hợp ban đầu CHƯƠNG III: Lớp 20KTHH2 12 Nhóm Thực tập Q trình thiết bị Nguyễn Thanh Bình TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ THIẾT BỊ CHƯNG LUYỆN I u cầu tốn: Tính tốn thiết kế hệ thống thiết bị chưng. .. nên Formic acid từ lên có mang theo phần cấu tử Acetic acid, cấu tử có nhiệt độ sôi cao ngưng tụ lại cuối đỉnh ta thu hỗn hợp gồm hầu hết cấu tử Formic acid dễ bay Hơi Formic acid vào thiết bị. .. đỉnh có nồng độ cấu tử dễ bay cao đáy tháp thu sản phẩm đáy có nồng độ cấu tử khó bay cao Ngun lí làm việc hỗn hợp Formic acid - Acetic acid: - Hỗn hợp Formic acid - Acetic acid hỗn hợp lỏng hịa
Ngày đăng: 08/03/2023, 06:30
Xem thêm: