Đang tải... (xem toàn văn)
I ĐỀ TÀI THIẾT KẾ : Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ ( lưới ) không có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp : clorofom – Benzen II – CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU : 1. Năng suất tính theo hỗn hợp đầu : GF = 6.35 Tấn h =6350kgh 2. Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong : + Hỗn hợp đầu : aF = 0,325 phần khối lượng + Sản phẩm đỉnh : aP = 0,96 phần khối lượng + Sản phẩm đáy : aw = 0,03 phần khối lượng 3. Tháp làm việc ở áp suất thường 4. Hỗn hợp đầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi III NỘI DUNG CÁC PHẦN THUYẾT MINH VÀ TÍNH TOÁN 1.Mở đầu 2. Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất 3. Tính toán kỹ thuật tháp chưng luyện : +) Tính cân bằng vật liệu +) Tính đường kính và chiều cao +) Tính trở lực của tháp +) Tính cân bằng nhiệt 4. Tính thiết bị phụ +) Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu +) Tính bơm và thùng cao vị +) Tính toán cơ khí và lựa chọn 5. Kết luận chung 6.Tài liệu tham khả0 . Giới thiệu chung về dây truyền sản xuất: Chưng là phương pháp tách hỗn hợp chất lỏng (cũng như các hỗn hợp khí đã hoá lỏng ) thành những cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử thành phần ở cùng nhiệt độ, (tức là dựa vào nhiệt độ sôi khác nhau của các cấu tử ở cùng một điều kiện áp suất ). Có rất nhiều phương pháp chưng trong đó chưng luyện là một phương pháp phổ biến và hiệu quả trong việc tách hoàn toàn các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hoà tan một phần hoặc hoà tan hoàn toàn vào nhau. Trong chưng luyện thì dung môi và chất tan đều bay hơi, khi chưng luyện thường thu được nhiều sản phẩm. Theo đề bài hỗn hợp hai cấu tử clorofom – Benzen thì sản phẩm đỉnh sẽ gồm các cấu tử có độ bay hơi lớn hơn (clorofom), và một phần rất ít các cấu tử có độ bay hơi bé hơn (benzen ), sản phẩm đáy sẽ gồm : Các cấu tử có độ bay hơi kém hơn và một phần rất ít các cấu tử có độ bay hơi lớn hơn. Do sản phẩm đáy là benzen nên được ứng dụng nhiều trong các trường hợp khác, có thể thu hồi lại và xử lý theo từng trường hợp cụ thể. Chưng luyện là một phương thức sản xuất đang được ứng dụng rộng rãi trong thực tế và đem lại nhiều hiệu quả kinh tế cao. Do đó việc nghiên cứu thiết bị và quy trình công nghệ là một công việc có ý nghĩa rất quan trọng. Do thời gian có hạn và đi sâu vào nội dung chính, đồ án chỉ thực hiện và giải quyết việc tính toán kỹ thuật, thiết kế tháp chưng luyện. Chưa đi sâu vào tính toán thiết bị phụ được. Trong đề bài cho ta dùng tháp chưng luyện liên tục đĩa lỗ không có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp hai cấu tử : clorofom – benzen, chế độ làm việc ở áp suất thường với hỗn hợp đầu vào được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi. 2.Giới thiệu về hỗn hợp chưng: toluen: là một hợp chất hoá học thuộc nhóm trihalomêtan có công thức CHCl3. Nó không cháy trong không khí, trừ khi tạo thành hỗn hợp với các chất dễ bắt cháy hơn. Người ta sử dụng clorofom làm chất phản ứng và dung môi. Clorofom còn là một chất độc với môi trường. Các tính chất vật lí của clorofom: o Khối lượng phân tử : 92 o Tỉ trọng (20oC) : 1,48 gcm³, chất lỏng o Nhiệt độ sôi : 61,2oC (334,2 K) o Nhiệt độ nóng chảy : 63,5 oC (209,5 K) Benzen: là một hợp chất hữu cơ có công thức hoá học C6H6. Benzen là một hyđrocacbon thơm, trong điều kiện bình thường là một chất lỏng không màu, mùi dịu ngọt dễ chịu, dễ cháy. Benzen tan rất kém trong nước và rượu . Benzen cũng có khả năng cháy tạo ra khí CO2 và nước, đặc biệt có sinh ra muội than. Các tính chất vật lí của benzen: o Khối lượng phân tử : 78 o Tỉ trọng (20oC) : 0,8786 gcm³, chất lỏng o Nhiệt độ sôi : 80,1oC (353,2 K) o Nhiệt độ nóng chảy : 5,5 oC (278,6 K)
1 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO – HẠNH PHÚC KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ I - ĐỀ TÀI THIẾT KẾ : Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ ( lưới ) khơng có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp : clorofom – Benzen II – CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU : Năng suất tính theo hỗn hợp đầu : GF = 6.35 Tấn / h =6350kg/h Nồng độ cấu tử dễ bay : + Hỗn hợp đầu : aF = 0,325 phần khối lượng + Sản phẩm đỉnh : aP = 0,96 phần khối lượng + Sản phẩm đáy : aw = 0,03 phần khối lượng Tháp làm việc áp suất thường Hỗn hợp đầu gia nhiệt đến nhiệt độ sôi III - NỘI DUNG CÁC PHẦN THUYẾT MINH VÀ TÍNH TỐN 1.Mở đầu Vẽ thuyết minh dây chuyền sản xuất Tính tốn kỹ thuật tháp chưng luyện : +) Tính cân vật liệu +) Tính đường kính chiều cao +) Tính trở lực tháp +) Tính cân nhiệt Tính thiết bị phụ +) Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu +) Tính bơm thùng cao vị +) Tính tốn khí lựa chọn Kết luận chung 6.Tài liệu tham khả0 PHẦN I : MỞ ĐẦU Giới thiệu chung dây truyền sản xuất: -Chưng phương pháp tách hỗn hợp chất lỏng (cũng hỗn hợp khí hố lỏng ) thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác cấu tử thành phần nhiệt độ, (tức dựa vào nhiệt độ sôi khác cấu tử điều kiện áp suất ) Có nhiều phương pháp chưng chưng luyện phương pháp phổ biến hiệu việc tách hoàn toàn cấu tử dễ bay có tính chất hồ tan phần hồ tan hồn tồn vào Trong chưng luyện dung môi chất tan bay hơi, chưng luyện thường thu nhiều sản phẩm Theo đề hỗn hợp hai cấu tử clorofom – Benzen sản phẩm đỉnh gồm cấu tử có độ bay lớn (clorofom), phần cấu tử có độ bay bé (benzen ), sản phẩm đáy gồm : Các cấu tử có độ bay phần cấu tử có độ bay lớn Do sản phẩm đáy benzen nên ứng dụng nhiều trường hợp khác, thu hồi lại xử lý theo trường hợp cụ thể Chưng luyện phương thức sản xuất ứng dụng rộng rãi thực tế đem lại nhiều hiệu kinh tế cao Do việc nghiên cứu thiết bị quy trình cơng nghệ cơng việc có ý nghĩa quan trọng Do thời gian có hạn sâu vào nội dung chính, đồ án thực giải việc tính tốn kỹ thuật, thiết kế tháp chưng luyện Chưa sâu vào tính tốn thiết bị phụ Trong đề cho ta dùng tháp chưng luyện liên tục đĩa lỗ khơng có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp hai cấu tử : clorofom – benzen, chế độ làm việc áp suất thường với hỗn hợp đầu vào gia nhiệt đến nhiệt độ sôi 2.Giới thiệu hỗn hợp chưng: -toluen: hợp chất hoá học thuộc nhóm trihalomêtan có cơng thức CHCl3 Nó khơng cháy khơng khí, trừ tạo thành hỗn hợp với chất dễ bắt cháy Người ta sử dụng clorofom làm chất phản ứng dung mơi Clorofom cịn chất độc với mơi trường -Các tính chất vật lí clorofom: o Khối lượng phân tử : 92 o Tỉ trọng (20oC) : 1,48 g/cm³, chất lỏng o Nhiệt độ sôi : 61,2oC (334,2 K) o Nhiệt độ nóng chảy : -63,5 oC (209,5 K) -Benzen: hợp chất hữu có cơng thức hố học C6H6 Benzen hyđrocacbon thơm, điều kiện bình thường chất lỏng không màu, mùi dịu dễ chịu, dễ cháy Benzen tan nước rượu Benzen có khả cháy tạo khí CO2 nước, đặc biệt có sinh muội than - Các tính chất vật lí benzen: o Khối lượng phân tử : 78 o Tỉ trọng (20oC) : 0,8786 g/cm³, chất lỏng o Nhiệt độ sơi : 80,1oC (353,2 K) o Nhiệt độ nóng chảy : 5,5 oC (278,6 K) PHẦN II : SƠ ĐỒ VÀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ I – Sơ Đồ Dây Chuyền Công Nghệ Sản Xuât 12 Nước ngưngc Nước ngưngc lạnhnh Hơi đốti đốtt Nước ngưngc Nước ngưngc lạnhnh Nước ngưngc ngưng 11 Hơi đốti đốtt 11 Nưg 10 Chú thích 1- Thùng chứa hỗn hợp đầu 3- Thùng cao vị 5- Tháp chưng luyện 7- Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 9- Thiết bị gia nhiệt đáy tháp 2- Bơm 4- Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 6- Thiết bị ngưng tụ hồi lưu 8- Thùng chứa sản phẩm đỉnh 10- Thùng chứa sản phẩm đáy 11- Thiết bị tháo nước ngưng 12-Lưu lượng kế II - Thuyết Minh Sơ Đồ Dây Chuyền Công Nghệ Hỗn hợp đầu chứa thùng chứa (1) bơm (2) đẩy qua thiết bị đun nóng tới nhiệt độ sôi để vào tháp chưng luyện (5) đĩa tiếp liệu Tại đĩa tiếp liệu pha lỏng có thành phần xF pha coi trạng thái cân Ở tháp, pha lỏng từ xuống tiếp xúc trực tiếp với từ lên Tại xảy trình bốc ngưng tụ nhiều lần, nồng độ cấu tử thay đổi theo chiều cao tháp nhiệt độ hỗn hợp thay đôỉ theo thay đổi nồng độ Khi bay lên, đĩa (1) có thành phần cấu tử dễ bay (clorofom ) y1 Sục trực tiếp vào lớp chất lỏng đĩa (1) có thành phần cấu tử dễ bay ( clorofom ) x1 với ( x1 < y1), giầu cấu tử dễ bay lỏng Khi sục vào đĩa 2, đĩa sục vào lớp chất lỏng đĩa 2, mà nhiệt độ đĩa nhỏ nhiệt độ đĩa nên bị ngưng tụ phần cấu tử khó bay ( benzen ), q trình ngưng tụ lại trình toả nhiệt, nhiệt làm bay phần cấu tử khó bay đĩa Do x2 > x1, y2 > y1 dẫn đến đĩa tiếp tục sục vào đĩa 3, trình xảy tương tự nhiều lần, cuối đỉnh tháp ta thu hỗn hợp gồm hầu hết cấu tử dễ bay (clorofom ) Hơi từ đỉnh tháp vào thiết bị ngưng tụ hồi lưu (6), phần lại đưa vào thiết bị làm nguội (7) để ngưng tụ hoàn toàn sản phẩm chuyển xuống thùng chứa sản phẩm đỉnh (8) Chất lỏng hồi lưu từ xuống 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 (benzen ) phần cấu tử dễ bay (clorofom ) Đây loại tháp chưng luyện liên tục nên hỗn hợp đầu sản phẩm lấy liên tục PHẦN III : TÍNH TỐN KỸ THUẬT THÁP CHƯNG I – Bảng Kê Các Ký Hiệu Thường Dùng Trong Bản Đồ Án +) GF : Lượng hỗn hợp đầu vào Kg / h ( Kg / s Kmol / h ) +) GP : Lượng sản phẩm đỉnh Kg / h ( Kg / s Kmol / h ) +) GW : Lượng sản phẩm đáy Kg / h ( Kg / s Kmol / h ) - Các số F, P,W tương ứng đại lượng thuộc hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy hỗn hợp clorofom benzen +) a : Nồng độ phần khối lượng (Kg clorofom / kg hỗn hợp ) +) x : Nồng độ phần mol ( kmol clorofom/ 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 clorofom, benzen, thành phần lỏng, thành phần hơi, hỗn hợp - Ngoài ký hiệu khác định nghĩa chỗ II- Tính Cân Bằng Vật Liệu Hệ cân phương trình vật liệu : - Phương trình cân vật liệu chung cho toàn tháp GF = GP + GW (IX.16 – tr 144 II STQTTB ) - Đối với cấu tử dễ bay GF aF = GP aP + GW aw (IV.17– tr 144 II STQTTB ) - Lượng sản phẩm đỉnh là: a F aW GP = GF a a (IX.18– tr 144 II STQTTB) P W Theo đề : GF = 6,35 Tấn / h = 6350 kg/h aF = 0,325 ( phần khối lượng ) aP = 0,96 ( phần khối lượng ) aw = 0,03 ( phần khối lượng ) Vậy ta có GP = 6350 0,325 0,03 0,96 0,03 = 2014,247 Kg/h -Lượng sản phẩm đáy : W= F – P = 6350-2014,247= 4335,753 ( kg / h ) Chuyển đổi nồng độ -Chuyển đổi nồng độ phần khối lượng sang nồng độ phần mol Áp dụng công thức : x aA MA aA a B MA MB -Trong aA, aB : nồng độ phần khối lượng clorofom benzen MA, MB : khối lượng mol phân tử clorofom benzen Với MA= 78 Kg/ kmol ; MB = 92 Kg / kmol Thay số liệu vào ta có : aF= 0,325 phần khối lượng xF = 0,3622 kmol/ kmol hỗn hợp đầu aP= 0,96 phần khối lượng xP = 0,9658 kmol / kmol sản phẩm đỉnh aw = 0,03b phần khối lượng xw = 0,0352 kmol / kmol sản phẩm đáy Ta có khối lượng mol trung bình pha lỏng theo cơng thức sau : M = x MA + ( 1- x) MB MF = xF MA+ (1- xF) MB = 0,3622.78+(1-0,3622).92=86,93 (kg / kmol ) MP = xP.MA + ( 1- xP ) MB = 0,9658 78 + ( 1- 0,9658 ) 92 = 78,47( kg / kmol ) Mw = xw MA + ( 1- xw ) MB =0,0352 78+ ( 1- 0,0352 ) 92 = 91,507 ( kg / kmol ) Vậy 6350 =73,05( 86,93 2014,247 P = 2014,247 (kg / h)= 78,47 4335,753 W = 4335,753 ( kg /h)= 91,507 F = 6350 (kg /h)= kmol / h) =25,669 ( kmol / h ) =47,381 ( kmol / h) Tính số hồi lưu thích hợp: a Tìm số hồi lưu tối thiểu tháp chưng luyện Bảng thành phần cân lỏng cấu tử clorofom-benzen x 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 y 11,8 21,4 38 51,1 61,9 71,2 79 85,4 91 95,9 100 t 110,6 108,3 106,1 102,2 98,6 95,2 92,1 89,4 86,8 84,4 82,3 80,2 xF = 0,3622 phần kl yF* = 0,58 phần kl Rmin = = 0,9658 0,58 0,58 0,3622 =1,77(IX.24-II.158) = Rmin với = 1,2 ÷ 2,5.(IX.25-II.158) Rx b Tính số hồi lưu thích hợp : Rth : Chỉ số hồi lưu thích hợp tính theo tiêu chuẩn thể tích tháp nhỏ Cơ sở việc lựa chọn Rth theo tiêu chuẩn : V = H.S ( H tỷ lệ với Nlt ) +> V: Thể tích tháp +> S: Tiết diện tháp +> Nlt: số bậc thay đổi nồng độ ( số đĩa lý thuyết ) G = W S = P ( R + ) S tỷ lệ với R +1 ; V= H S tỷ lệ với Nlt ( R +1) Giá thành tháp tỷ lệ với V mà V tỷ lệ với Nlt ( R+1) Vậy giá thành thấp ứng với thể tích tháp nhỏ Vì phải chọn chế độ làm việc thích hợp tháp : Rth Ứng với giá trị R > Rmin ta dựng đường làm việc tương ứng tìm giá trị Nlt Đường cân đoạn luyện cắt trục tung tung độ B= XP (2.33-78.QT.IV) Rx y p y* f y w x w x f x p y* f 1/(1+Rx) xw B=1,2 xf xp 10 y* f 1/(1+Rx) xw B=1,3 xf xp