Đề tài tính toán thiết kế hệ thống chưng cất tháp đệm dùng để chưng cất hỗn hợp nước – acid acetic có năng suất 3000 kgh theo nhập liệu

ĐỀ TÀI: Tính toán thiết kế hệ thống chưng cất tháp đệm dùng để chưng cất hỗnhợp nước – acid acetic có năng suất 3000 kg/h theo nhập liệu.

Dữ liệu ban đầu

- Dòng nhập liệu có thành phần 60% mol nước - Dòng sản phẩm đỉnh 95% mol nước.

- Dòng sản phẩm đáy 5% mol nước - Nồi đun ngoài tháp dạng kettle.

- Thiết bị đun sôi dòng nhập liệu dạng ống chùm nằm ngang - Thiết bị ngưng tụ dạng ống chùm nằm ngang.

3 Đồ thị cân bằng Nước – Acid acetic

Chương 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Chương 3 : TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

1 Các thông số ban đầu

2 Tính số mâm (số bậc thay đổi nồng độ) 3 Tính đường kính thiết bị

3.1 Đường kính đoạn luyện 3.2 Đường kính đoạn chưng 4 Cân bằng nhiệt lượng

4.1 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu 4.2 Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện

4.3 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ hồi hưu 4.4 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm nguội

Chương 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH

1 Đường kính tháp chưng cất

1.1 Lượng hơi trung bình đi trong tháp 1.2 Khối lượng riêng trung bình

1.3 Tốc độ của khí (hơi) đi trong tháp

4.1 Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu vào đĩa tiếp liệu 4.2 Đường kính ống dẫn từ thiết bị ngưng tụ hồi lưu về tháp 4.3 Đường kính ống dẫn hơi ra khỏi đỉnh tháp

4.4 Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy

4.5 Đường kính ống dẫn hơi nước bão hòa vào đáy tháp để đun sôi lại 5 Chọn bích

5.1 Bích để nối thân thiết bị, nắp và đáy 5.2 Bích để nối ống dẫn với thiết bị 6 Tính tải trọng của tháp

6.1 Khối lượng của thân tháp

6.2 Khối lượng của đáy và nắp elip có gờ 6.3 Khối lượng của chất lỏng trong tháp

6.5 Khối lượng lớp cách nhiệt 6.6 Khối lượng của bích 7 Chọn tại treo, chân đỡ

7.1 Chọn tại treo 7.2 Chọn chân đỡ

Chương 6: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ

1 Tính toán thiết bị ngưng tụ hồi lưu 1.1 Đối với phía hơi

1.2 Đối với phía nước giải nhiệt

1.3 Số ống truyền nhiệt và cách sắp xếp 2 Tính và chọn bơm

2.1 Tính năng suất bơm

2.2 Áp suất toán phần cần thiết để khắc phục mọi sức cần thủy lực 2.3 Công suất động cơ điện cần trang trí

Chương 7: DỰ TOÁN CHI PHÍ

Với tháp chưng cất có năng suất lớn, nồi đun thường đặt ngoài và có hai nồi đun để luân phiên làm vệ sinh Với chất tải nhiệt nóng đi trong ống, cho ta hơi đi vào tháp cân bằng với dòng sản phẩm đáy, do đó nồi đun được xem như tương đương với một mâm

lý tưởng.

NDTHChương 1: TỔNG QUAN

1 Khái niện về chưng cất1.1 Khái niện

Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của một hỗn hợp lỏng cũng như hỗn hợp khí - lỏng thành cầc câu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp (nghĩa là khí ở cùng một nhiệt độ, áp suất hơi bão hòa của các câu tử khác nhau) Thay vì đưa vào trong hỗn hợp một pha mới để tạo nên sự tiếp xúc giữa hai pha như trong quá trình hấp thu hoặc nhả khí, trong quá trình chưng cất pha mới được tạo nên bằng sự bốc hơi hoặc ngưng tụ Trong trường hợp đơn giản nhất, chưng cất, và cô đặc không khác gì nhau, tuy nhiên giữa hai quá trình này có một ranh giới cơ bản là trong quá trình chưng cất dung môi và chất tan đều bay hơi (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 sản phẩm và thường thì bao nhiêu cấu tử sẽ thu được bấy nhiêu sản phẩm Trong chương này ta chỉ xét đến trường hợp hỗn hợp gồm hai cấu tử, khi đó quá trình chưng cất sẽ cho:

+ Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi bé

+ Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi lớn.

1.2 Các phương pháp chưng cất

Trong thực tế thường sử dụng các phương pháp chưng cất sau đây: 1.2.1 Chưng cất đơn giản

Dùng để tách các hồn hợp gồm các cấu tử có độ bay hơi rất khác nhau Phương pháp này thường dùng để tách sơ bộ hoặc làm sạch các cấu tử khỏi tạp chất.

1.2.2 Chưng bằng hơi nước trực tiếp

Dùng để tách các hỗn hợp gồm các chất khó bay hơi và tạp chất không bay hdi, thường được ứng dụng trong trường hợp chất được tách không tan vào nước.

1.2.3 Chưng cất

Chưng cất là phương pháp phổ biến nhất dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan một phần hoặc hòa tan hoàn toàn vào nhau.

Ngoài ra trong trường hợp các cấu tử của hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao hoặc hỗn hợp có nhiệt độ sôi quá cao chưng cất được thực hiện ở áp suất thấp Nếu các cấu tử của hỗn hợp không hóa lỏng ở áp suất thường, chưng cất được thực hiện ở áp suất cao.

Bảng 1: Nhiệt độ – thành phần lỏng – hơi của hệ Nước – Acid acetic

x = % mol của nước trong pha lỏng,

y = % mol của nước trong pha hơi cân bằng với pha lỏng có nồng độ x, t = nhiệt độ sôi của hỗn hợp có thành phần x – y.

Lưu ý: khi tính toán phải chuyển nồng độ acid acetic sang nồng độ của nước đểtính toán, vì nước là cấu tử dễ bay hơi.

Hình : Cân bằng lỏng – hơi của hệ Nước – Acid acetic Vẽ 2 giản đồ

Hình 1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống chưng cất (continuous distillation)

Các bước xác định số mân lý thuyết

(1) Xác định chỉ số hồi lưu (hoàn lưu) (2) Vẽ đường cân bằng (hoặc in từ file) (3) Xác định các điểm đặc biệt D; B; W (4) Vẽ đường BD

(5) Xác định điểm F dựa vào xF và BD (xem hình bên dưới) (6) Vẽ đường làm việc phần cất FD và phần chưng FW.

(7) Vẽ số bậc thang thay đổi nồng độ, bắt đầu từ điểm D kết thúc ở điểm W.

(8) Xác định số mâm lý thuyết: vẽ từ D xuống W, số mâm là số tam giác chứa mũi tên xanh Mâm nào chứa chữ F là mâm nhập liệu Trong hình này có 6 tam giác đủ, tam giác chứa chữ W không đủ 1, chọn 0,8 (phần diện tích tam giác có chữ W so với tam

giác vẽ được) => Tổng số mâm lý thuyết Nlt=6,8 mâm; Tính ra số mâm thực tế phải là số nguyên dương.

Hình : Xác định số mâm lý thuyết