Phan I 3 PHẦN I MỞ ĐẦU Giới thiệu chung về dây chuyền sản xuất Chưng cất là phương pháp dùng để tách các hỗn hợp lỏng cũng như các hỗn hợp khí – lỏng thành các cấu tử riêng biệt, dựa vào độ bay hơi[.]
PHẦN I MỞ ĐẦU Giới thiệu chung dây chuyền sản xuất Chưng cất phương pháp dùng để tách hỗn hợp lỏng hỗn hợp khí – lỏng thành cấu tử riêng biệt, dựa vào độ bay khác cấu tử hỗn hợp Khi chưng cất, hỗn hợp đầu có cấu tử ta thu nhiêu cấu tử sản phẩm Theo đề hỗn hợp đầu gồm cấu tử RượuEtylic Nước nên gọi chưng cất hỗn hợp cấu tử Sau trình chưng cất, ta thu sản phẩm đỉnh cấu tử có độ bay lớn hơn(RượuEtylic) phần cấu tử có độ bay bé (Nước) Sản phẩm đáy gồm hầu hết cấu tử khó bay (Nước) phần cấu tử dề bay (RươuEtylic) Trong trường hợp ta dùng tháp chưng luyện loại tháp đệm, làm việc áp suất thường (1at) với hỗn hợp đầu vào nhiệt độ sôi PHẦN II SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ I SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT (HÌNH 1) II THUYẾT MINH SƠ ĐỒ Nguyên liệu đầu chứa thùng chứa (1) bơm (2) bơm lên thùng cao vị (3) Mức chất lỏng cao thấp thùng cao vị khống chế chảy tràn Hỗn hợp đầu từ thùng cao vị (3) tự chảy xuống thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu (4), q trình tự chảy theo dõi đồng hồ lưu lượng Tại thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu (4) (dùng nước bão hoà), hỗn hợp đầu gia nhiệt tới nhiệt độ sôi, sau đạt tới nhiệt độ sôi, hỗn hợp đưa vào đĩa tiếp liệu tháp chưng luyện loại tháp đệm (5) Trong tháp, từ lên tiếp xúc trực tiếp với lỏng chảy từ xuống, xảy trình bốc ngưng tụ nhiều lần Theo chiều cao tháp, lên cao nhiệt độ thấp nên qua tầng đệm từ lên, cấu tử có nhiệt độ sơi cao ngưng tụ Quá trình tiếp xúc lỏng – tháp diễn liên tục làm cho pha ngày giầu cấu tử dễ bay hơi, pha lỏng ngày giầu cấu tử khó bay Cuối đỉnh tháp ta thu hầu hết cấu tử dễ bay (RượuEtylic) phần cấu tử khó bay hơi(Nước) Hỗn hợp vào thiết bị ngưng tụ (6) ngưng tụ hồn tồn (tác nhân nước lạnh) Một phần chất lỏng sau ngưng tụ chưa đạt yêu cầu qua thiết bị phân dòng (7) để hồi lưu trở đỉnh tháp, phần lại đưa vào thiết bị làm lạnh (8) để làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết sau vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (10) Chất lỏng hồi lưu từ xuống dưới, gặp có nhiệt độ cao từ lên, phần cấu tử có nhiệt độ sơi thấp lại bốc lên, phần cấu tử khó bay pha ngưng tụ xuống Do nồng độ cấu tử khó bay pha lỏng ngày tăng, cuối đáy tháp ta thu hỗn hợp lỏng gồm hầu hết cấu tử khó bay (Nước) phần cấu tử dễ bay (RượuEtylic), hỗn hợp lỏng đưa khỏi đáy tháp, qua thiết bị phân dòng, phần đưa thùng chứa sản phẩm đáy (11), phần tận dụng đưa vào nồi đun sôi đáy tháp (9) dùng nước bão hoà Thiết bị (9) có tác dụng đun sơi tuần hồn bốc hỗn hợp đáy (tạo dòng từ lên tháp) Nước ngưng thiết bị gia nhiệt tháo qua thiết bị tháo nước ngưng (12) Tháp chưng luyện làm việc chế độ liên tục, hỗn hợp đầu vào sản phẩm lấy liện tục III CHẾ ĐỘ THUỶ ĐỘNG CỦA THÁP ĐỆM Trong tháp đệm có chế độ thuỷ động chế độ chảy dịng, chế độ q độ chế độ xốy Khi vận tốc khí bé, lực hút phân tử lớn vượt lực lỳ Lúc trình chuyển khối xác định dòng khuyếch tán phân tử Tăng vận tốc lên lực lỳ trở nên cân với lực hút phân tử Quá trình chuyển khối lúc không định khuyếch tán phân tử mà khuyếch tán đối lưu Chế độ thuỷ động gọi chế độ độ Nếu ta tiếp tục tăng vận tốc khí lên chế độ độ chuyển sang chế độ xốy Trong giai đoạn q trình khuyếch tán định khuyếch tán đối lưu Nếu ta tăng vận tốc khí lên đến giới hạn xảy tượng đảo pha Lúc chất lỏng chiếm toàn tháp trở thành pha liên tục, cịn pha khí phân tán vào chất lỏng trở thành pha phân tán Vận tốc khí ứng với thời điểm gọi vận tốc đảo pha Khí sục vào lỏng tạo thành bọt giai đoạn chế độ làm việc tháp gọi chế độ sủi bọt Ở chế độ vận tốc chuyển khối tăng nhanh, đồng thời trở lực tăng nhanh Trong thực tế, ta thường cho tháp đệm làm việc chế độ màng có vận tốc nhỏ vận tốc đảo pha trình chuyển khối giai đoạn sủi bọt mạnh nhất, giai đoạn ta khó khống chế q trình làm việc Ưu điểm tháp đệm: + Hiệu suất cao bề mặt tiếp xúc pha lớn + Cấu tạo tháp đơn giản + Trở lực tháp không lớn + Giới hạn làm việc tương đối rộng Nhược điểm + Khó làm ướt đệm + Tháp cao q phân phối chất lỏng không IV BẢNG KÊ CÁC KÝ HIỆU THƯỜNG DÙNG TRONG BẢN ĐỒ ÁN - F: Lượng hỗn hợp đầu, kg/h (hoặc kg/s, kmol/h) - P: Lượng sản phẩm đỉnh, kg/h (hoặc kg/s, kmol/h) - W: Lượng sản phảm đáy, kg/h (hoặc kg/s, kmol/h) - Các số F, P, W, A, B : tương ứng đại lượng thuộc hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy củaRượuEtylic Nước - a: nồng độ phần khối lượng, RượuEtylic kg /kg hỗn hợp - x: nồng độ phần mol, kmol RượuEtylic /kmol hỗn hợp - M: Khối lượng mol phân tử, kg/kmol - : độ nhớt, Ns/m2 - : khối lượng riêng, kg/m3 - Các số A, B, x, y, hh : tương ứng đại lượng thuộc cấu tử RượuEtylic, Nước, thành phần lỏng, thành phần hỗn hợp - Ngoài ký hiệu cụ thể khác định nghĩa chỗ PHẦN III TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH I TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU I.1 Tính tốn cân vật liệu I.1.1 Hệ phương trình cân vật liệu - Phương trình cân vật liệu chung cho toàn tháp F=P+W [II – 144] - Đối với cấu tử dễ bay FaF = Pap + Waw [II – 144] - Lượng sản phẩm đỉnh là: P=F a F−aw a p −a w Trong đó: F: suất tính theo hỗn hợp đầu, kg/s kg/h aF, ap, aw: nồng độ cấu tử dễ bay hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, phần khối lượng Đầu cho F = 3200(kg/h) Vậy ta có lượng sản phẩm đỉnh là: a F−aw , 42−0 , 03 P=F =3200 =1386 , 67 a p −a w , 93−0 , 03 (kg/h) - Lượng sản phẩm đáy là: W = F -P = 3200-1386,67= 1813,33 (kg/h) I.1.2 Đổi nồng độ phần khối lượng sang nồng độ phần mol aF, ap, aw Áp dụng công thức aA x= MA aA aB + MA MB [II – 126] Trong đó: aA, aB: nồng độ phần khối lượng RượuEtylic Nước Ma, MB: khối lượng mol phân tử củaRượuEtylic Nước Với M A =M C H6 o=46 M B=M H O=18 (kg/kmol) (kg/kmol) Thay số liệu vào ta có: xF = x P= aF MA a F ( 1−a F ) + MA MB aP MA a P ( 1−a P ) + MA MB aw xw= MA a w ( 1−a w ) + MA MB , 42 46 = =0 , 221 , 42 1−0 , 42 + 46 18 (phần mol) ,93 46 = =0 , 839 ,93 1−0 , 93 + 46 18 (phần mol) , 03 46 = =0 , 012 ,03 1−0 , 03 + 46 18 (phần mol) I.1.3 Tính khối lượng phân tử trung bình hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy Theo công thức: M = x.MA + (1 – x)MB Trong đó: M: khối lượng phân tử trung bình, kg/kmol x: nồng độ phần mol - Khối lượng phân tử trung bình sản phẩm đỉnh Mp = xp.MA + (1 – xp)MB Mp = 0,839.46+(1- 0,839).18 Mp = 41,482 kg/kmol - Khối lượng phân tử trung bình hỗn hợp đầu MF = xF.MA + (1 – xF)MB MF = 0,221.46 +(1- 0,221).18 MF = 24,188(kg/kmol) - Khối lượng phân tử trung bình sản phẩm đáy Mw = xw.MA + (1 – xw)MB Mw = 0,012.46 +(1- 0,012).18 Mw = 18,336 (kg/kmol) I.1.4 Đổi đơn vị F, P, W từ kg/h sang kmol/h F= P= F ( kg/h ) 3200 = =132 , 297(kmol /h) MF 24 , 188 P ( kg/h ) 1386 ,67 = =33 , 43(1 kmol /¿ ¿ Mp 41 , 48 W= W ( kg /h ) 1813 , 33 = =98 ,89 (kmol/h ) Mw 18 , 336 I.1.5 Lượng hỗn hợp đầu đơn vị sản phẩm đỉnh: F 132 ,297 f= = =3 , 957 P 33 , 43 I.2 Xác định số bậc thay đổi nồng độ I.2.1 Xác định Rmin dựa đồ thị y – x Dựng đường cân theo số liệu đường cân sau: [II – 145] Bảng x y 10 33, 44, 20 53 30 57 40 61 50 65 60 70 69 75 80 81 90 89 10 10 Hỗnhợ p đẳng phí 89.4 t 10 2 90 86 83 81 80 4 79 78 78 78 80 79 78.15 5 4 - Từ số liệu bảng ta vẽ đồ thị đường nồng độ cân lỏng(x)_ hơi(y) ta có:Bm ax=0.44 (kẻ tiếp tuyến với đường nồng độ cân cắt trục tung Bm ax).mà B max = xp Rmin +1 Rmin=0,906 -Cho giá trị từ 1đến B