TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CHƯNG CẤT HOẠT ĐỘNG LIÊN TỤC ĐỂ CHƯNG CẤT HỖN HỢP ACID ACETIC – NƯỚC

[ĐÂY LÀ BÀI ĐƯỢC ĐIỂM CAO NHẤT TRONG ĐỢT BẢO VỆ ĐỒ ÁN CỦA TRƯỜNG] TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CHƯNG CẤT HOẠT ĐỘNG LIÊN TỤC ĐỂ CHƯNG CẤT HỖN HỢP ACID ACETIC – NƯỚC CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG VẬT CHẤT – CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 2.1. Cân bằng vật chất 2.1.1. Các số liệu ban đầu  Lưu lượng hỗn hợp đầu vào tháp (kg/h): F = 2000 (kg/h)  Nồng độ hỗn hợp đầu ( phần khối lượng ) : aF = %  Nồng độ sản phẩm đỉnh (phần khối lượng ) : aD = 97 %  Nồng độ sản phẩm đáy ( phần khối lượng ) : aW = 5 %  Nguyên liệu vào hệ thống ở nhiệt độ sôi  Quá trình làm việc trong thiết bị ở áp suất thường.  Loại thiết bị sử dụng là tháp mâm chóp, hoạt động liên tục.  Khối lượng phân tử của Acid acetic và Nước : MA = 60; MN = 18. •Chọn + Nhiệt độ nhập liệu: tF = 25oC . + Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau khi làm nguội: tD = 35oC . + Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi trao đổi nhiệt: tW = 35oC . •Các ký hiệu: GF, GD, GW: Lượng nguyên liệu đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy (kg/h). F, D, W: Suất lượng nhập liệu, sản phẩm đáy, sản phẩm đỉnh (kmol/h) aF, aD, aW: Phần khối lượng của cấu tử ở hỗn hợp đầu, đỉnh và đáy. xF, xD, xW: Phần mol của cấu tử trong pha lỏng ở hỗn hợp đầu, đỉnh và đáy. yF, yD, yW: Phần mol của cấu tử trong pha hơi ở hỗn hợp đầu, đỉnh và đáy. 2.1.2.Xác định suất lượng sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy Vì đề bài cho theo % khối lượng nên phải đổi sang % mol để tính lượng sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy, ta có: Nhập liệu Sản phẩm đỉnh Sản phẩm đáy Tính khối lượng phân tử trung bình, Dòng nhập liệu: Dòng sản phẩm đỉnh: Dòng sản phẩm đáy: Phương trình cân bằng vật chất cho toàn bộ tháp: Suất lượng dòng nhập liệu theo kmol/h từ GF = 2000 kg/h: Nên, suất lượng sản phẩm đỉnh theo kmol/h và kg/h: Do đó, suất lượng sản phẩm đáy theo kmol/h và kg/h: Tóm lại, ta có bảng sau: Bảng 2.1: Bảng tóm tắt các thông số Số liệu sản phẩmNhập liệu (F)Đỉnh (D)Đáy (W) ai (%)40965 xi (mol)0,68970,98770,1493 Mtbi (kg/kmol)31,032618,516653,7294 Gi (kg/h)2000769,14991230,8501 Suất lượngi (kmol/h)64,444441,538422,906 Với i = F, D, W 2.2. Xác định tỷ số hồi lưu thích hợp 2.2.1. Tỷ số hồi lưu tối thiểu Tỷ số hồi lưu tối thiểu là chế độ làm việc mà tại đó ứng với số mâm lý thuyết là vô cực. Do đó, chi phí cố định là vô cực nhưng chi phí điều hành (nhiên liệu, nước, bơm…) là tối thiểu. Bảng 2.1: Thành phần cân bằng lỏng (x) – hơi (y) tính bằng % mol và nhiệt độ sôi (0C) của hỗn hợp 2 cấu tử Acid Acetic - Nước ở 760 mmHg [2]: x 05102030405060708090100 y 09.216.730.342.55362.671.679.586.493100 t 118.1115.4113.8110.1107.5105.8104.4103.3102.1101.3100.6100 Hình 2.1: Đồ thị xác định nồng độ sản phẩm đỉnh yF* Hình 2.2: Đồ thị xác định nhiệt độ sôi của hệ Acid acetic – Nước Dựa vào hình 2.1 – 2.2, ta có bảng thông số sau: Bảng 1.2: Thành phần Acid acetic – Nước trong hỗn hợp Nhiệt độ sôi (°C)Thành phần của Acid acetic – Nước trong hỗn hợp Phần khối lượng xPhần mol xPhần mol yPhần khối lượng y tF = 102,2236 tD = 100,0738 tW =111,9759aF = 0,4 aD = 0,96 aW = 0,05xF = 0,6897 xD = 0,9877 xW = 0,1493yF* = 0,7868 yD = 0,9914 yW = 0,234 = 0,5254 = 0,9719 = 0,084 Tính % khối lượng y theo công thức: Vậy, chỉ số hồi lưu tối thiểu là: 2.2.2. Chỉ số hồi lưu thích hợp Sử dụng công thức thực nghiệm: R = 1.3Rmin + 0.3 (CT IX-25b tr 149-STT2) Do đó, 2.3. Phương trình làm việc và số mâm lý thuyết 2.3.1. Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất 2.3.2. Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng Chỉ số nhập liệu: 2.4.Xác định số mâm

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CHƯNG CẤT HOẠT ĐỘNG LIÊN TỤC ĐỂ CHƯNG

CẤT HỖN HỢP ACID ACETIC – NƯỚC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2013

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN HỌC PHẦN

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Hữu Khánh MSSV: 11371791

Lớp: DHHO7BLT

Chuyên ngành: Công nghệ Hóa hữu cơ

Tên đồ án: Tính toán thiết kế hệ thống thiết bị chưng cất hoạt động liên tục, đểchưng cất hỗn hợp Acid acetic – Nước với năng suất 2000 kg/h theo nhập liệu.Nhiệm vụ của đồ án: Số liệu ban đầu và nội dung:

- Số liệu ban đầu:

1 Nồng độ Acid acetic trong nhập liệu (khối lượng): 40%

2 Nồng độ Acid acetic trong sản phẩm đỉnh (khối lượng): 96%

3 Nồng độ Acid acetic trong sản phẩm đáy (khối lượng): 36%

4 Thiết bị loại: Tháp mâm chóp, áp suất làm việc 1,5 at, trao đổi nhiệt

- Nội dung: Mở đầu, vẽ và thuyết minh quy trình công nghệ, tính toán công nghệ

thiết bị chính, tính kết cấu thiết bị chính, tính và chọn thiết bị phụ, kết luận, tàiliệu tham khảo, phụ lục

Ngày giao đồ án:

Ngày hoàn thành đồ án:

Họ tên giáo viên hướng dẫn:

Chủ nhiệm bộ môn Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013

Giáo viên hướng dẫn

Thiết kế hệ thống chưng luyện Acid acetic – Nước GVHD:Ths Phạm Văn Hưng

TP.HCMKHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

NAMĐộc lập – Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN HỌC PHẦN

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Hữu Khánh 11368031

Lớp: DHHO7BLT

Chuyên ngành: Công nghệ Hóa hữu cơ

Tên đồ án: Tính toán thiết kế hệ thống thiết bị chưng cất hoạt động liên tục, đểchưng cất hỗn hợp Acid acetic - Nước với năng suất 2000 kg/h theo nhập liệu.Nhiệm vụ của đồ án: Số liệu ban đầu và nội dung:

- Số liệu ban đầu:

5 Nồng độ Acid acetic trong nhập liệu (khối lượng): 40%

6 Nồng độ Acid acetic trong sản phẩm đỉnh (khối lượng): 90%

7 Nồng độ Acid acetic trong sản phẩm đáy (khối lượng): 36%

8 Thiết bị loại: Tháp mâm chóp, áp suất làm việc 1,5 at, trao đổi nhiệt

- Nội dung: Mở đầu, vẽ và thuyết minh quy trình công nghệ, tính toán công nghệ

thiết bị chính, tính kết cấu thiết bị chính, tính và chọn thiết bị phụ, kết luận, tàiliệu tham khảo, phụ lục

Ngày giao đồ án:

Ngày hoàn thành đồ án:

Họ tên giáo viên hướng dẫn:

Chủ nhiệm bộ môn Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013

Giáo viên hướng dẫn

LỜI MỞ ĐẦU

Việt Nam đang trên đà phát triển, đất nước ngày càng được đổi mới và tântiến theo thời gian Song song với sự đổi mới ấy là bộn bề của vô vàng trắc trở củanhững con người âm thầm cống hiến cho đời, cho thế hệ mai sau.

Đất nước phát triển đã góp phần thôi thúc tinh thần sáng tạo và cầu tiến củanhững con người biết khát vọng về phía trước Vâng! Để đáp lại điều đó, họ đã chochúng ta những gía trị vô cùng quý báo, những cuộc nghiên cứu vĩ đại và nhữngcuộc thử nghiệm ly kì mà khoa học mang lại

Ai có ngành nghề là một lợi thế, nhưng ai có kiến thức còn là lợi thế hơn.Đúng vậy, kiến thức giúp chúng ta rất nhiều trong cuộc sống, có kiến thức ta có tất

cả Cũng chính điều này đã có biết bao ngành rộng mở chờ đón ta mà đặc biệt làngành công nghệ hóa học – ngành của sự phát triển vượt bậc và là ngành của nhữnghóa chất

Công nghệ hóa học là một trong những ngành đóng góp rất lớn trong sự pháttriển của nước nhà Trong ngành này, đòi hỏi sản phẩm phải có độ tinh khiết caophù hợp với bất kì qui trình sản xuất nào mà đặc biệt là các phương pháp được sửdụng đó là: chưng cất, trích ly, cô đặc, hấp thu … Tùy theo đặc tính sản phẩm mà talựa chọn phương pháp thích hợp

Đối với hệ Acid acetic – Nước, đây là 2 cấu tử tan lẫn vào nhau, vì vậy sửdụng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho Acid acetic

Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị là một môn học mang tính tổng hợptrong quá trình học tập của các kỹ sư hoá tương lai Môn học giúp sinh viên giảiquyết nhiệm vụ tính toán cụ thể về: yêu cầu công nghệ, kết cấu, giá thành của mộtthiết bị trong sản xuất hoá chất - thực phẩm Đây là bước đầu tiên để sinh viên vậndụng những kiến thức đã học của nhiều môn học vào giải quyết những vấn đề kỹthuật thực tế một cách tổng hợp

Thiết kế hệ thống chưng luyện Acid acetic – Nước GVHD:Ths Phạm Văn Hưng

Em chân thành cảm ơn Thầy Phạm Văn Hưng và các Quí Thầy Cô bộ mônMáy & Thiết Bị đã giúp em hoàn thành đồ án này Tuy nhiên, trong quá trình hoànthành đồ án vẫn không tránh khỏi có sai sót, em rất mong quí thầy cô góp ý, chỉ dẫn

Em xin cám ơn Quý Thầy Cô!

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Phần đánh giá:  Ý thức thực hiện:

 Nội dung thực hiện:

 Hình thức trình bày:

 Tổng hợp kết quả:

Điểm bằng số: Điểm bằng chữ:

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013

Giáo viên hướng dẫn

Thiết kế hệ thống chưng luyện Acid acetic – Nước GVHD:Ths Phạm Văn Hưng

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Phần đánh giá:  Ý thức thực hiện:

 Nội dung thực hiện:

 Hình thức trình bày:

 Tổng hợp kết quả:

Điểm bằng số: Điểm bằng chữ:

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013

Giáo viên phản biện

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT

1.1 Lý thuyết về chưng cất (chưng luyện)

Trong trường hợp đơn giản, chưng cất và cô đặc không khác gì, tuy nhiên sựkhác biệt cơ bản nhất đó là trong quá trình chưng cất dung môi và chất tan đều bayhơi (nghĩa là các cấu tử đều hiện diện trong cả hai pha nhưng với tỷ lệ khác nhau),còn trong quá trình cô đặc thì chỉ có dung môi bay hơi còn chất tan không bay hơi.Khi chưng cất ta thu được nhiều cấu tử và thường thì bao nhiêu cấu tử sẽ thuđược bấy nhiêu sản phẩm Nếu xét hệ đơn giản chỉ có 2 cấu tử thì ta sẽ thu được 2sản phẩm:

 Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn (nhiệt độ sôi nhỏ) vàmột phần rất ít các cấu tử có độ bay hơi nhỏ

 Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi nhỏ (nhiệt độ sôi lớn) vàmột phần rất ít cấu tử có độ bay hơi lớn

Đối với hệ Acid Acetic – Nước thì:

Sản phẩm đỉnh chủ yếu là nước

Sản phẩm đáy chủ yếu là acid acetic

1.1.2 Phương pháp chưng cất

Thiết kế hệ thống chưng luyện Acid acetic – Nước GVHD:Ths Phạm Văn Hưng

 Nguyên lí làm việc:

Chưng cất đơn giản

Chưng bằng hơi nước trực tiếp

Chưng cất

 Cấp nhiệt ở đáy tháp:

Cấp nhiệt trực tiếp

Cấp nhiệt gián tiếp

Vậy: Đối với hệ Acid acetic – Nước, ta chọn phương pháp chưng cất liên tụccấp nhiệt gián tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường

1.1.3 Thiết bị chưng cất

Trong sản xuất, người ta thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để tiếnhành chưng cất Tuy nhiên, yêu cầu cơ bản chung của các thiết bị vẫn giống nhaunghĩa là diện tích tiếp xúc pha phải lớn Điều này phụ thuộc vào mức độ phân táncủa một lưu chất này vào lưu chất kia Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có thápmâm, nếu pha lỏng phân tán vào pha khí ta có tháp chêm, tháp phun,…

Tháp mâm: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các mâm có cấutạo khác nhau, trên đó pha lỏng và pha hơi đượ cho tiếp xúc với nhau Tuỳ theo cấutạo của đĩa, ta có:

 Tháp mâm chóp: than tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các mâm

có cấu tạo khác nhau, trên đó pha lỏng và pha hơi được cho tiếp xúc với nhau Tùytheo cấu tạo của đĩa, ta có:

Tháp mâm chóp: trên mâm bố trí có chóp dạng tròn, xupap,…

Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh

 Tháp chêm (tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với nhau bằng mặtbích hay hàn Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp: xếpngẫu nhiên hay xếp thứ tự

Bảng 1.1: So sánh ưu nhược điểm của các loại tháp

- Hiệu suất khá cao

- Khá ổn định

- Hiệu suất cao

tăng năng suất thì hiệu ứng thành

tăng  khó tăng năng suất

- Thiết bị khá nặng nề

- Không làm việc được với chất lỏng bẩn

- Kết cấu khá phức tạp

- Có trở lực lớn

- Tiêu tốn nhiều vật tư, kết cấu phức tạp

Thiết kế hệ thống chưng luyện Acid acetic – Nước GVHD:Ths Phạm Văn Hưng

Vậy, qua phân tích trên ta sử dụng tháp mâm chóp để chưng cất hệ Acid acetic– Nước

1.2 Giới thiệu sơ bộ về nguyên liệu

Acid acetic nóng chảy ở 16,60C, điểm sôi 1180C, hỗn hợptrong nước với mọi

tỉ lệ Trong quá trình hỗn hợp với nước có sự co thể tích, với tỷ trọng cực đại, chứa73% acid acetic (D: 1,078 và 1,0553 đối với acid thuần khiết)

Người ta không thể suy ra được hàm lượng acid acetic trong nước từ tỷ trọngcủa nó, ngoại trừ đối với các hàm lượng dưới 43%

Tính ăn mòn kim loại:

 Acid acetic an mòn sắt

 Nhôm bị ăn mòn bởi acid loãng, đề kháng tốt với acid acetic đặc và thuầnkhiết Đồng và chì bị ăn mòn bởi Acid acetic với sự hiện diện của không khí

 Thiếc và một số loại thép Nikel-Crom đề kháng tốt đối với Acid acetic.

Acid acetic thuần khiết còn gọi là acid glaxial vì dễ dàng đông đặc kết tinh nhưnước đá ở dưới 170C, được điều chế chủ yếu bằng sự oxy hóa đối với andehytacetic Không màu sắc, vị chua, tan trong nước và cồn etylic

1.2.1.3 Điều chế

Acid acetic được điều chế bằng cách:

Oxy hóa các xúc tác đối với cồn etylic để biến thành andehyt acetic, là mộtgiai đoạn trung gian Sự oxy hóa kéo dài sẽ tiếp tục oxy hóa andehyt acetic thànhacid acetic

Oxy hóa andehyt acetic được tạo thành bằng cách tổng hợp từ acetylen

Sự oxy hóa andehyt được tiến hành bằng khí trời với sự hiện diện của cobanacetat Người ta thao tác trong andehyt acetic ở nhiệt độ gần 800C để ngăn chặn sựhình thành peroxit Hiệu suất đạt 95-98% so với lý thuyết người ta đạt được nhưthế rất dễ dàng sau khi chế acid acetic kết tinh được

Tổng hợp đi từ cồn metylic và Cacbon oxit

Hiệu suất có thể đạt 50 – 60% so với lí thuyết bằng cách cố định cacbon oxittrên cồn metylic qua xúc tác Nhiệt độ từ 200 – 5000C, áp suất 100 – 200 atm, với

sự hiện diện của metaphotphit hoặc photpho – vonframat kim loại 2 và 3 hóa trị(chẳng hạn sắt, coban)

Thiết kế hệ thống chưng luyện Acid acetic – Nước GVHD:Ths Phạm Văn Hưng

1.2.1.4 Ứng dụng

Acid acetic là một acid quan trọng nhất trong các loại acid hữu cơ Acid acetictìm được rất nhiều ứng dụng vì nó là loại acid hữu cơ rẽ tiền nhất nó được dùng đểchế tạo rất nhiều hợp chất và ester Nguồn tiêu thụ chủ yếu của acid acetic là:

Làm dấm ăn (dấm ăn chứa 4,5% acid acetic)

Làm đông đặc nhựa mũ cao su

Làm chất dẻo tơ sợi xenluloza acetat – làm phim ảnh không nhạy lửa

Làm chất nhựa kết dính poly-vinyl acetat

Làm các phẩm màu, dược phẩm, nước hoa tổng hợp

Acetat nhôm dùng làm chất cắn màu (mordant trong nghề nhuộm)

Phần lớn các ester acetat đều là các dung môi, như: izoamyl acetat hòa tanđược nhiều loại nhựa xenluloza

1.2.2 Nước

Trong điều kiện bình thường, nước là chất lỏng không màu, không mùi, không

vị nhưng khối nước này sẽ có màu xanh nhạt

Khi hóa rắn, nước có thể tồn tại ở 5 dạng tinh thể khác nhau

Tính chất vật lý:

Khối lượng phân tử: 18 g/mol

Khối lượng riêng d, 0C : 1 g/ml

1.3 Sơ đồ quy trình công nghệ

Chú thích kí hiệu trong quy trình:

1 Bồn chứa nguyên liệu

Hình 1.2: Sơ đồ quy trình chưng cất hỗn hợp Acid acetic – Nước

khoảng 27oC tại bình chứa nguyên liệu (1), được bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3).Dòng nhập liệu được gia nhiệt tới nhiệt độ sôi trong thiết bị truyền nhiệt Sau đóhỗn hợp được đưa vào tháp chưng cất (7) ở đĩa nhập liệu và bắt đầu quá trình chưngcất trong tháp Lưu lượng dòng nhập liệu được kiểm soát qua lưu lượng kế (5) vàdòng hổn hợp được kiểm soát nhiệt độ ở nhiệt kế (6).

Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn luyện của thápchảy xuống Trong tháp, hơi đi dưới lên gặp lỏng đi từ trên xuống Ở đây có sự tiếpxúc và trao đổi giữa hai pha với nhau Pha lỏng chuyển động trong phần chưng càngxuống phía dưới càng giảm nồng độ các cấu tử dễ bay hơi vì đã bị pha hơi tạo nên

từ nồi đun (10) lôi cuốn cấu tử dễ bay hơi Nhiệt độ càng lên trên càng thấp, nên khihơi đi qua các đĩa từ dưới lên thì cấu tử có nhiệt độ sôi cao là toluen sẽ ngưng tụ lại,cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp có cấu tử benzen chiếm nhiều nhất(nồng độ 95% khối lượng) Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ (9) được ngưng tụ hoàntoàn Sau đó dòng sản phẩm đỉnh được đưa qua thiết bị phân phối (12), dòng sảnphẩm tinh khiết được làm nguội bằng thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống (13) rồiđược đưa qua bồn chứa sản phẩm đỉnh (14) Phần còn lại của chất lỏng ngưng tụđược hoàn lưu về tháp ở đĩa trên cùng với tỉ số hoàn lưu thích hợp và được kiểmsoát bằng lưu lượng kế Cuối cùng ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng hầu hết làcấu tử khó bay hơi (Toluen) Hỗn hợp lỏng ở đáy có nồng độ Benzen là 5% khốilượng, còn lại là Toluen Dung dịch lỏng ở đáy đi ra khỏi tháp vào nồi đun (10).Trong nồi đun dung dịch lỏng một phần sẽ bốc hơi cung cấp lại cho tháp để tiếp tụclàm việc, phần còn lại ra khỏi nồi đun được cho vào bồn chứa sản phẩm đáy (11)

Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là nước, sau khi trao đổi nhiệtvới dòng nhập liệu có nhiệt dộ 350C và được thải bỏ Sản phẩm đáy là acid aceticđược giữ lại

Thiết kế hệ thống chưng luyện Acid acetic – Nước GVHD:Ths Phạm Văn Hưng

CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG VẬT CHẤT – CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 2.1 Cân bằng vật chất

2.1.1 Các số liệu ban đầu

 Lưu lượng hỗn hợp đầu vào tháp (kg/h): F = 2000 (kg/h)

 Nồng độ hỗn hợp đầu ( phần khối lượng ) : aF = %

 Nồng độ sản phẩm đỉnh (phần khối lượng ) : aD = 97 %

 Nồng độ sản phẩm đáy ( phần khối lượng ) : aW = 5 %

 Nguyên liệu vào hệ thống ở nhiệt độ sôi

 Quá trình làm việc trong thiết bị ở áp suất thường

 Loại thiết bị sử dụng là tháp mâm chóp, hoạt động liên tục

 Khối lượng phân tử của Acid acetic và Nước : MA = 60; MN = 18

Chọn

+ Nhiệt độ nhập liệu: tF = 25oC

+ Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau khi làm nguội: tD = 35oC

+ Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi trao đổi nhiệt: tW = 35oC

Các ký hiệu:

GF, GD, GW: Lượng nguyên liệu đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy (kg/h)

F, D, W: Suất lượng nhập liệu, sản phẩm đáy, sản phẩm đỉnh (kmol/h)

aF, aD, aW: Phần khối lượng của cấu tử ở hỗn hợp đầu, đỉnh và đáy

xF, xD, xW: Phần mol của cấu tử trong pha lỏng ở hỗn hợp đầu, đỉnh và đáy

yF, yD, yW: Phần mol của cấu tử trong pha hơi ở hỗn hợp đầu, đỉnh và đáy

2.1.2 Xác định suất lượng sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy

Vì đề bài cho theo % khối lượng nên phải đổi sang % mol để tính lượng sảnphẩm đỉnh và sản phẩm đáy, ta có:

Thiết kế hệ thống chưng luyện Acid acetic – Nước GVHD:Ths Phạm Văn Hưng

 Phương trình cân bằng vật chất cho toàn bộ tháp:

Suất lượng dòng nhập liệu theo kmol/h từ GF = 2000 kg/h:

Nên, suất lượng sản phẩm đỉnh theo kmol/h và kg/h:

Do đó, suất lượng sản phẩm đáy theo kmol/h và kg/h:

2.2.1 Tỷ số hồi lưu tối thiểu

Tỷ số hồi lưu tối thiểu là chế độ làm việc mà tại đó ứng với số mâm lý thuyết

là vô cực Do đó, chi phí cố định là vô cực nhưng chi phí điều hành (nhiên liệu,nước, bơm…) là tối thiểu

Bảng 2.1: Thành phần cân bằng lỏng (x) – hơi (y) tính bằng % mol và nhiệt độ sôi ( 0 C) của hỗn hợp 2 cấu tử Acid Acetic - Nước ở 760 mmHg [2]:

x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

y 0 9.2 16.7 30.3 42.5 53 62.6 71.6 79.5 86.4 93 100

t 118.1 115.4 113.8 110.1 107.5 105.8 104.4 103.3 102.1 101.3 100.6 100

Thiết kế hệ thống chưng luyện Acid acetic – Nước GVHD:Ths Phạm Văn Hưng

Hình 2.1: Đồ thị xác định nồng độ sản phẩm đỉnh y F *

Hình 2.2: Đồ thị xác định nhiệt độ sôi của hệ Acid acetic – Nước

Dựa vào hình 2.1 – 2.2, ta có bảng thông số sau:

Bảng 1.2: Thành phần Acid acetic – Nước trong hỗn hợp