Lời mở đầu 5Phần I: Giới thiệu chung7 I.Giới thiệu về hỗn hợp chưng7 1.Axeton7 2.Axit axetic8 II.Sơ đồ chưng9 1.Chú thích các kí hiệu trong quy trình9 2.Thuyết minh dây chuyền sản xuất10 3.Các kí hiệu trước khi tính 10 Phần II: Tính toán thiết bị chính12 I.Tính cân bằng vật liệu toàn thiết bị12 1.Cân bằng vật liệu12 2.Xác định số bậc thay đổi nồng độ13 II.Tính đường kính tháp27 1.Lưu lượng các dòng pha đi trong tháp27 2.Vận tốc hơi đi trong tháp.32 3. Đường kính đoạn luyện 36 4. Đường kính đoạn chưng37 III.Chiều cao tháp37 1.Hệ số khuếch tán37 2.Hệ số cấp khối39 3.Hệ số chuyển khối45 IV.Tính trở lực của tháp50 1.Trở lực của đĩa khô51 2.Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt 52 3.Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa54 V.Tính cân bằng nhiệt lượng58 1.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu58 2.Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện61 3.Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ64 4.Cân bằng nhiệt lượng tại thiết bị làm lạnh65 Phần III: Tính thiết bị phụ 67 I.Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu67 1.Hiệu số nhiệt độ trung bình67 2.Lượng nhiệt trao đổi67 3.Diện tích trao đổi nhiệt68 II.Tính bơm và thùng cao vị75 1.Các trở lực quá trình cấp liệu75 2.Chiều cao thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu85 3.Chiều cao làm việc của bơm86 4. Áp suất toàn phần của bơm và năng suất bơm87 III.Tính toán cơ khí và lựa chọn88 1.Tính toán thân tháp88 2.Tính chóp và kích thước cơ bản của chóp91 3.Tính đáy và nắp thiết bị93 4.Chọn mặt bích95 5. Đường kính các ống dẫn96 6.Khối lượng tháp99 7.Tính tai treo102 8.Tính chân đỡ103 Kết luận 104 Tài liệu tham khảo105
Trường ĐH Cơng Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng Nghệ Hố ĐỒ ÁN MƠN Q TRÌNH THIẾT BỊ BỘ MƠN Q TRÌNH -THIẾT BỊ ……… **……… THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CHƯNG LUYỆN LOẠI THÁP CHÓP ĐỂ PHÂN TÁCH HỖN HỢP HAI CẤU TỬ AXETON VÀ AXIT AXETIC Giáo viên hướng dẫn Đồ án mơn Q trình thiết bị : Page Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hố Đồ án mơn học q trình thiết bị I)ĐẦU ĐỀ THIẾT KẾ: Thiết kế tháp chưng liên tục loại tháp chóp để phân tách hỗn hợp CH3COCH3 –CH3COOH II) CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU: + Hỗn hợp cần tách: CH3COCH3 –CH3COOH + Năng suất tính theo hỗn hợp đầu: F= 10,3 (tấn/h) + Nồng độ cấu tử dễ bay hơi: - Hỗn hợp đầu: aF = 0,34 (phần khối lượng) - Sản phẩm đỉnh: ap = 0,92 (phần khối lượng) - Sản phẩm đáy: aw = 0,012(phần khối lượng) + Tháp làm việc áp suất thường + Hỗn hơp đầu gia nhiệt đến nhiệt độ sơi III) NỘI DUNG CÁC PHẦN THUYẾT MINH VÀ TÍNH TOÁN: 1/ Giới thiệu chung: + Mở đầu giải thích hỗn hợp chưng luyện + Vẽ thuyết minh dây chuyền sản xuất 2/ Tính tốn thiết bị chính: + Tính tốn cân vật liệu tồn thiết bị + Tính đường kính tháp + Tính chiều cao tháp + Tính cân nhiệt + Tính trở lực tháp 3/ Tính thiết bị phụ: + Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu,hỗn hợp đáy + Tính bơm + Tính thùng cao vị + Tính tốn khí lựa chọn -Bề dày thiết bị -Tính đường kính ống dẫn -Tính đáy nắp thiết bị -Chọn bích ghép -Tính tốn giá đỡ tai treo 4/ Kết luận chung 5/ Tài liệu tham khảo IV) CÁC BẢN VẼ VÀ ĐỒ THỊ: + Bản vẽ dây chuyền sản xuất A4 + Bản vẽ thiết bị lắp giáp A0 Đồ án mơn Q trình thiết bị Page Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng Nghệ Hố Nhận Xét Của Giáo Viên Hướng Dẫn Hà Nội, ngày … tháng … năm 2011 Người nhận xét MỤC LỤC Lời mở đầu Phần I: Giới thiệu chung I.Giới thiệu hỗn hợp chưng 1.Axeton 2.Axit axetic II.Sơ đồ chưng 1.Chú thích kí hiệu quy trình 2.Thuyết minh dây chuyền sản xuất .10 Đồ án mơn Q trình thiết bị Page Trường ĐH Cơng Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng Nghệ Hố 3.Các kí hiệu trước tính 10 Phần II: Tính tốn thiết bị 12 I.Tính cân vật liệu tồn thiết bị 12 1.Cân vật liệu 12 2.Xác định số bậc thay đổi nồng độ .13 II.Tính đường kính tháp 27 1.Lưu lượng dòng pha tháp 27 2.Vận tốc tháp 32 Đường kính đoạn luyện 36 Đường kính đoạn chưng 37 III.Chiều cao tháp 37 1.Hệ số khuếch tán 37 2.Hệ số cấp khối 39 3.Hệ số chuyển khối 45 IV.Tính trở lực tháp 50 1.Trở lực đĩa khô 51 2.Trở lực đĩa sức căng bề mặt 52 3.Trở lực lớp chất lỏng đĩa .54 V.Tính cân nhiệt lượng 58 1.Cân nhiệt lượng thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 58 2.Cân nhiệt lượng tháp chưng luyện .61 3.Cân nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ 64 4.Cân nhiệt lượng thiết bị làm lạnh 65 Phần III: Tính thiết bị phụ 67 I.Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu .67 1.Hiệu số nhiệt độ trung bình .67 2.Lượng nhiệt trao đổi 67 3.Diện tích trao đổi nhiệt 68 II.Tính bơm thùng cao vị 75 1.Các trở lực trình cấp liệu 75 2.Chiều cao thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu .85 3.Chiều cao làm việc bơm 86 Đồ án mơn Q trình thiết bị Page Trường ĐH Cơng Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng Nghệ Hố Áp suất toàn phần bơm suất bơm 87 III.Tính tốn khí lựa chọn .88 1.Tính tốn thân tháp 88 2.Tính chóp kích thước chóp 91 3.Tính đáy nắp thiết bị .93 4.Chọn mặt bích 95 Đường kính ống dẫn 96 6.Khối lượng tháp 99 7.Tính tai treo 102 8.Tính chân đỡ .103 Kết luận 104 Tài liệu tham khảo 105 LỜI MỞ ĐẦU Chúng ta sống giới với khoa học kỹ thuật ngày phát triển Trong ngành công nghệ vật liệu không nhắc đến ngành công nghiệp hóa học, cơng nghệ hố thuộc lĩnh vực cơng nghệ địi hỏi kỹ thuật cao, mức độ phát triển công nghệ coi thị trình độ phát triển đất nước Đồ án mơn Q trình thiết bị Page Trường ĐH Cơng Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng Nghệ Hố Nhận thấy rõ phát triển vũ bão ngành công nghệ hóa học, với lối tư nhạy bén sáng tạo, khoa Cơng nghệ Hóa Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội đào tạo sinh viên chun ngành Hóa Điều khơng cung cấp cho đất nước đội ngũ công nhân lành nghề, thợ kỹ thuật có tay nghề cao mà cịn mở hội việc làm cho giới trẻ lĩnh vực mẻ Là sinh viên khoa Công Nghệ Hóa, chúng em trang bị nhiều kiến thức trình thiết bị cơng nghệ sản xuất sản phẩm hóa học Nhận đồ án hội tốt để chúng em tìm hiểu trình công nghệ, vận dụng kiến thức học mở rộng vốn kiến thức mình, từ giúp chúng em có nhìn cụ thể nghành nghề lựa chọn Cơng nghệ hóa học ngành giữ vị trí, vai trị quan trọng việc sản xuất phục vụ cho nhiều lĩnh vực, cho nghành kinh tế quốc dân, tạo tiền đề cho nhiều ngành phát triển theo Với nhiều phương pháp sản xuất khác lắng, lọc, đun nóng, làm nguội, chưng luyện, hấp thụ, hấp phụ, trích ly, sấy khô, đông lạnh…đã tạo nhiều sản phẩm đa dạng, phong phú đáp ứng nhu cầu ngày lớn người Đặc biệt ứng dụng nhiều chưng luyện, ứng dụng nhiều ngành, lĩnh vực, đặc biệt công nghệ lên men, cơng nghệ tổng hợp hữu cơ, lọc - hóa dầu, cơng nghệ sinh học Vậy chưng cất gì?quy trình cơng nghệ nào.ứng dụng sao,thiết bị vật sử dụng cho quy trình công nghệ cần đảm bảo yêu cầu phải tính tốn sao?Vì em xin sâu vào nghiên cứu q trình cơng nghệ vận hành quy trình cơng nghệ q trình chưng luyện tháp chóp để phân tách hai hỗn hợp axeton axit axetic Chưng phương pháp dùng để tách hỗn hợp khí lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào nhiệt độ sôi khác cấu tử hỗn hợp Khi chưng thu nhiều sản phẩm thường có cấu tử có nhiêu sản phẩm Riêng phương pháp chưng luyện hai cấu tử sản phẩm đỉnh gồm chủ yếu cấu tử dễ bay sản phẩm đáy cấu tử khó bay Đồ án mơn Q trình thiết bị Page Trường ĐH Cơng Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng Nghệ Hố Trong sản xuất ta 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 thơng dụng dùng để tách hồn tồn hỗn hợp cấu tử dễ bay có tính chất hịa tan phần hịa tan hồn toàn vào Chưng luyện áp suất thấp dùng cho hỗn hợp dễ bị phân hủy nhiệt nhiệt độ cao, cấu tử dễ bay ngược lại ỨNG DỤNG Tách dầu mỏ tài nguyên khai thác dạng lỏng Tách hỗn hợp khí hóa lỏng Tách hỗn hợp chất hữu tổng hợp hữu Trong công nghệ sinh học, thực phẩm, trình lênmen sản xuất sản phẩm như: rượu, bia, nước ngọt… Vì thế, đề tài ” Thiết kế hệ thống chưng cất Aceton –Acid Acetic “ mơn “Đồ Mơn Học Q Trình Thiết Bị” bước giúp cho sinh viên tập luyện chuẩn bị cho việc thiết kế trình thiết bị cơng nghệ lĩnh vực này.Để hồn thành đồ án , thực em cố gắng nhiều Song , bước đầu làm quen với công tác thiết kế nên hẳn khơng tránh khỏi sai sót Cuối , em xin chân thành cảm ơn thầy cô mơn Q Trình Thiết Bị , đặc biệt thầy Nguyễn Thế Hữu , người trực tiếp hướng dẫn giúp đỡ em nhiều suốt thời gian thực đồ án thiết kế PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG I GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG: Aceton acid acetic hai loại hoá chất quan trọng nghành cơng nghiệp hóa chất Aceton: Đồ án mơn Q trình thiết bị Page Trường ĐH Cơng Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng Nghệ Hố Aceton có cơng thức phân tử: CH3 –CO-CH3,khối lượng phân tử:58 đvC Là chất lỏng khơng màu,có mùi đặc trưng,tan nhiều nước * Một số thông số vật lý axeton: -Nhiệt độ sơi:56,1o -Nhiệt độ nóng chảy:-94,6o C -Nhiệt dung riêng(Cp):22Kcal/mol(chuẩn 1020 C) -Độ nhớt ():0,316 cp(ở 25o C) - Nhiệt trị : 0.5176 cal/g ( 200 C) Axeton dung môi tốt cho nhiều chất hữu aceton làm dung môi tốt nitro xeluloza, acetyl xenluloza Nó độc nên dùng làm dung mơi cơng nghiệp dược phẩm thực phẩm.,nó sử dụng để tổng hợp nhiều chất hưu phần lớn dùng làm dung môi công nghiệp sản xuất nhựa, vecni, chất dẻo nhiều sản phẩm tiêu dùng * Tính chất hóa học đặc trưng axeton: Phản ứng axeton chủ yếu vào nhóm cacbonyl(-CO-), ngồi cịn có phản ứng vào nhóm -CH3 Dưới số ví dụ cụ thể: -phản ứng nhóm –CO- : Axeton nghèo phản ứng, Xeton có phản ứng khử giống andehit tạo ancol bậc II: CH3-CO-CH3 + H2 > CH3-CH(OH)-CH3 Xeton khó bị oxi hóa gốc hidrocacbon cản trở khơng gian.Tuy nhiên bị oxi hóa dung dich thuốc tím đun nóng với axit sunfuric tạo hỗn hợp axit cacboxylic Phản ứng gốc hidrocacbon: CH3-CO-CH3 + Br2 > CH3-CO-CH2Br + HBr Lưu ý:Phản ứng xảy dùng brom khan có xúc tác axit axetic đun nóng * Các phương pháp điều chế axeton: 1-oxi hóa hidrocacbon:khi đốt cháy chậm n-ankan pha khí ta thu axeton Đồ án mơn Q trình thiết bị Page Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng Nghệ Hố 2-oxi hóa ancol:đây phương pháp quan trọng để điều chế hợp chất cacbonyl VD: CH3-CH(OH)-CH3 → CH3 –CO-CH3 +H2O Propal-2-ol Axeton 3-oxi hóa cumen(chỉ riêng axeton) C6H5-CH(CH3)2 +O2 → CH3 –CO-CH3 +C6H5-OH Axit axetic: Axit axetic chất lỏng,khơng mầu,có mùi thơm chua,nó kết tinh 160 C,sơi 1180C.Một số thông số vật lý axit axetic: Khối lượng phân tử : 60 g / mol Khối lượng riêng d4200 c : 1,049 *Tính chất hóa học đặc trưng axit axetic: -Tính axit:Do phân tử axit axetic có nhóm –COOH có ngun tử H thể tính axit CH3COOH có Ka=4,75,vì có tính axit nên phản ứng với số kim loại,oxit kim loại kiềm: 2CH3COOH +2Na→2CH3COONa+H2 2CH3COOH +Mg → (CH3COO)2Mg+H2O CH3COOH +NaOH→CH3COONa+H2O Phản ứng tạo este: CH3COOH +R-OH Ví dụ: CH3COOH +C2H5-OH →CH3COO-R+ H2O →CH3COO- C2H5+ H2O *Các phương pháp điều chế: -Oxi hóa hidrocacbon no: -Oxi hóa anken thành hỗn hợp axit: -Các ancol,andehit,xeton bị oxi hóa tạo hỗn hợp axit: Ứng dụng: Acid acetic: loại acid quan trọng loại acid hữu Nó rẻ nên ứng dụng rộng rãi hoá chất để điều chế nhiều hợp chất quan trọng Acid acetic ứng dụng nghành : + Làm dấm ăn + Đánh đông mủ cao su + Làm chất dẻo tơ lụa xeluloza acetat + Làm phim ảnh không nhạy lửa Đồ án môn Quá trình thiết bị Page Trường ĐH Cơng Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng Nghệ Hố + Làm chất kết dính polyvinyl acetat + Làm phẩm màu, dược phẩm, nước hoa tổng hợp II SƠ ĐỒ CHƯNG : Chú thích kí hiệu qui trình: Đồ án mơn Quá trình thiết bị Page 10