Chưng luyện Nước – Axit axetic

Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục Trang 1 LỜI MỞ ĐẦU Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển và cùng với nó là nhu cầu ngày càng cao về độ tinh khiết của các sản phẩm. Vì thế, các phương pháp nâng cao độ tinh khiết luôn luôn được cải tiến và đổi mới để ngày càng hoàn thiện hơn, như là: cô đặc, hấp thụ, chưng cất, trích ly,… Tùy theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp phù hợp. Đối với hệ Nước – Axit axetic là 2 cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết. Đồ án môn học Quá trình và Thiết bò là một môn học mang tính tổng hợp trong quá trình học tập của các kỹ sư Công nghệ Hóa học tương lai. Môn học giúp sinh viên giải quyết nhiệm vụ tính toán cụ thể về: quy trình công nghêä, kết cấu, giá thành của một thiết bò trong sản xuất hóa chất - thực phẩm. Đây là bước đầu tiên để sinh viên vận dụng những kiến thức đã học của nhiều môn học vào giải quyết những vấn đề kỹ thuật thực tế một cách tổng hợp. Nhiệm vụ của Đồ án này là thiết kế hệ thống chưng cất Nước – Axit axetic có năng suất là 3000 kg/h, nồng độ nhập liệu là 30% khối lượng, nồng độ sản phẩm đỉnh là 95,5% khối lượng, nồng độ sản phẩm đáy là 0,5% khối lượng. Sử dụng hơi đốt có áp suất 2,5at. Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục Chương 1 GIỚI THIỆU I. LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT : 1. Khái niệm : Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của một hỗn hợp lỏng cũng như hỗn hợp khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp (nghóa là khi ở cùng một nhiệt độ, áp suất hơi bão hòa của các cấu 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 (nghóa 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 thu được bấy nhiêu sản phẩm. Nếu xét hệ đơn giản chỉ có 2 cấu tử thì ta thu được 2 sản phẩm:  Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần rất ít các 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. Đối với hệ Nước – Axit axetic thì:  Sản phẩm đỉnh chủ yếu là nước.  Sản phẩm đáy chủ yếu là axit axetic. 2. Các phương pháp chưng cất : 2.1. Phân loại theo áp suất làm việc : - Áp suất thấp - Áp suất thường - Áp suất cao 2.2. Phân loại theo nguyên lý làm việc : - Chưng cất đơn giản - Chưng bằng hơi nước trực tiếp - Chưng cất 2.3. Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp : - Cấp nhiệt trực tiếp - Cấp nhiệt gián tiếp Vậy: đối với hệ Nước – Axit axetic, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt gián tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường. Trang 2 Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục 3. Thiết bò chưng cất : Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bò khác nhau để tiến hành chưng cất. Tuy nhiên yêu cầu cơ bản chung của các thiết bò vẫn giống nhau nghóa là diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều này phụ thuộc vào mức độ phân tán của một lưu chất này vào lưu chất kia. Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có các loại tháp mâm, nếu pha lỏng phân tán vào pha khí ta có tháp chêm, tháp phun,… Ở đây ta khảo sát 2 loại thường dùng là tháp mâm và tháp chêm.  Tháp mâm : thân 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. Tùy theo cấu tạo của đóa, ta có: - Tháp mâm chóp : trên mâm bố trí có chóp dạng tròn, xupap, chữ s… - 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 mặt bích hay hàn. Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự. So sánh ưu nhược điểm của các loại tháp: Tháp chêm Tháp mâm xuyên lỗ Tháp mâm chóp Ưu điểm - Cấu tạo khá đơn giản. - Trở lực thấp. - Làm việc được với chất lỏng bẩn nếu dùng đệm cầu có ρ ≈ ρ của chất lỏng. - Trở lực tương đối thấp. - Hiệu suất khá cao. - Khá ổn đònh. - Hiệu suất cao. Nhược điểm - Do có hiệu ứng thành → hiệu suất truyền khối thấp. - Độ ổn đònh không cao, khó vận hành. - Do có hiệu ứng thành → khi tăng năng suất thì hiệu ứng thành tăng → khó tăng năng suất. - Thiết bò 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. Vậy: ta sử dụng tháp mâm xuyên lỗ để chưng cất hệ Nước – Axit axetic. Trang 3 Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục II. GIỚI THIỆU SƠ BỘ VỀ NGUYÊN LIỆU : 1. Axit axetic : 1.1. Tính chất : Axit axetic nóng chảy ở 16,6 o C, điểm sôi 118 o C, hỗn hợp trong nước với mọi tỷ lệ. Trong quá trình hỗn hợp với nước có sự co thể tích, với tỷ trọng cực đại, chứa 73% axit axetic (D : 1,078 và 1,0553 đối với axit thuần khiết). Người ta không thể suy ra được hàm lượng axit axetic trong nước từ tỷ trọng của nó, ngoại trừ đối với các hàm lượng dưới 43%. Tính ăn mòn kim loại:  Axit axetic ăn mòn sắt.  Nhôm bò ăn mòn bởi axit loãng, nó đề kháng tốt đối với axit axetic đặc và thuần khiết. Đồng và chì bò ăn mòn bởi axit axetic với sự hiện diện của không khí.  Thiếc và một số loại thép nikel – crom đề kháng tốt đối với axit axetic. Axit axetic thuần khiết còn gọi là axit glaxial bởi vì nó dễ dàng đông đặc kết tinh như nước đá ở dưới 17 o C, đước điều chế chủ yếu bằng sự oxy hóa đối với andehit axetic. Không màu sắc, vò chua, tan trong nước và cồn etylic. 1.2. Điều chế : Axit axetic được điều chế bằng cách: 1) Oxy hóa có xúc tác đối với cồn etylic để biến thành andehit axetic, là một giai đoạn trung gian. Sự oxy hóa kéo dài sẽ tiếp tục oxy hóa andehit axetic thành axit axetic. CH 3 CHO + ½ O 2 = CH 3 COOH C 2 H 5 OH + O 2 = CH 3 COOH + H 2 O 2) Oxy hóa andehit axetic được tạo thành bằng cách tổng hợp từ acetylen. Sự oxy hóa andehit được tiến hành bằng khí trời với sự hiện diện của coban axetat. Người ta thao tác trong andehit axetic ở nhiệt độ gần 80 o C để ngăn chặn sự hình thành peroxit. Hiệu suất đạt 95 – 98% so với lý thuyết. Người ta đạt được như thế rất dễ dàng sau khi chế axit axetic kết tinh được. CH 3 CHO + ½ O 2  → C80ởaxetatCoban o CH 3 COOH 3) Tổng hợp đi từ cồn metylic và Cacbon oxit. Hiệu suất có thể đạt 50 – 60% so với lý thuyết bằng cách cố đònh cacbon oxit trên cồn metylic qua xúc tác. Nhiệt độ từ 200 – 500 o C, áp suất 100 – 200atm: CH 3 OH + CO → CH 3 COOH với sự hiện diện của metaphotphit hoặc photpho – vonframat kim loại 2 và 3 hóa trò (chẳng hạn sắt, coban). 1.3. Ứng dụng : Axit axetic là một axit quan trọng nhất trong các loại axit hữu cơ. Axit axetic tìm được rất nhiều ứng dụng vì nó là loại axit hữu cơ rẻ tiền nhất. Nó được dùng để chế tạo rất nhiều hợp chất và ester. Nguồn tiêu thụ chủ yếu của axit axetic là:  Làm dấm ăn (dấm ăn chứa 4,5% axit axetic).  Làm đông đặc nhựa mủ cao su. Trang 4 Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục  Làm chất dẻo tơ sợi xenluloza axetat – làm phim ảnh không nhạy lửa.  Làm chất nhựa kết dính polyvinyl axetat.  Làm các phẩm màu, dược phẩm, nước hoa tổng hợp.  Axetat nhôm dùng làm chất cắn màu (mordant trong nghề nhuộm)  Phần lớn các ester axetat đều là các dung môi, thí dụ: izoamyl axetat hòa tan được nhiều loại nhựa xenluloza. 2. Nước : Trong điều kiện bình thường: nước là chất lỏng không màu, không mùi, không vò nhưng khối nước dày sẽ có màu xanh nhạt. Khi hóa rắn nó có thể tồn tại ở dạng 5 dạng tinh thể khác nhau. Tính chất vật lý:  Khối lượng phân tử : 18 g / mol  Khối lượng riêng d 4 0 c : 1 g / ml  Nhiệt độ nóng chảy : 0 0 C  Nhiệt độ sôi : 100 0 C Nước là hợp chất chiếm phần lớn trên trái đất (3/4 diện tích trái đất là nước biển) và rất cần thiết cho sự sống. Nước là dung môi phân cực mạnh, có khả năng hoà tan nhiều chất và là dung môi rất quan trọng trong kỹ thuật hóa học. Chương 2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Chú thích các kí hiệu trong qui trình: 1. Bồn chứa nguyên liệu. 2. Bơm. 3. Bồn cao vò. 4. Thiết bò trao đổi nhiệt với sản phẩm đỉnh. 5. Thiết bò đun sôi dòng nhập liệu. 6. Bẩy hơi. 7. Lưu lượng kế. 8. Nhiệt kế. 9. Tháp chưng cất. 10. Thiết bò ngưng tụ sản phẩm đỉnh. 11. Áp kế. 12. Thiết bò đun sôi đáy tháp. 13. Thiết bò làm nguội sản phẩm đáy. 14. Bồn chứa sản phẩm đáy. 15. Bồn chứa sản phẩm đỉnh. Trang 5 Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục A - A 9 10 12 11 15 16 14 13 5 6 8 7 3 4 2 1 GHI CHÚSLVẬT LIỆU TÊN GỌI STT Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh Khoa Công nghệ Hóa học BỘ MÔN MÁY VÀ T HIẾT BỊ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC - AXIT AXETIC DÙNG THÁP MÂM XUYÊN LỖ Đồ án môn học Q uá trình và Thiết bò : 2/ 2 Nguyễn T. Hiền Lương Nguyễn Văn Lục Ngày BV Ngày HT Bản vẽ số Tỉ lệ BẢN VẼ LẮP ĐẶT Họ tên Chữ ký CNBM GVHD SVTH Chức năng 1 2 3 4 5 9 10 12 13 14 15 M10x25 1017 4 180 330 400 25/ 06/05 1:10 A TL 1:10 I TL 4:1 I 5 5 TL 1:5 TL 1:10 11 III III TL 1:2 II TL 1:1 II 16 TL 1:10 V 50 x 50 1 2 3 4 Ống dẫn hơi ra Nắp thiết bò Bích nối nắp (đáy) và thân Ống hoàn lưu Kính quan sát 6 M24x100 φ 150 0 φ1 55 0 7 12 13 15 Ống dẫn nhập liệu Ống dẫn hơi vào Ống dẫn lỏng ra Đáy thiết bò Chân đỡ X18H10T X18H10T X18H10T X18H10T Thủy tinh 1 1 2 1 2 1X18H10T 1X18H10T 1X18H10T 1X18H10T 4CT3 9 φ 3 50 400 20 20 T T P T Vũ Bá Minh Vũ Bá Minh Bồn chứa sản phẩm đ ỉnh Bồn chứa sản phẩm đa ùy Thiết bò làm nguội sản phẩm đáy Thiết bò đ un sôi đáy tháp Áp kế Tháp chưng cất Thiết bò n gưng tụ sản phẩm đỉnh Nhiệt kế Lưu lượng kế Bẩy hơi Thiết bò đ un sôi dòng nhập liệu TB trao đ ổi nhi ệt với sản phẩm đỉnh Bồn cao vò Bơm Bồn chứa nguyên liệu 1/ 2 Chức năng SVTH GVHD CNBM Chữ kýHọ tên QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Tỉ lệ Bản vẽ số Ngày HT Ngày BV Nguyễn Văn Lục Nguyễn T. Hiền Lương Đồ án môn học Quá trình và Thiết bò : THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC - AXIT AXETIC DÙNG THÁP MÂM XUYÊN LỖ Trường Đại học Bách Khoa Tp . Hồ Chí Minh Khoa Công nghệ Hóa học BỘ MÔN MÁY VÀ TH IẾT BỊ STT TÊN GỌI ĐẶC TÍNH KỸ TH UẬT SL GHI CHÚ 1 2 4 3 7 8 6 5 13 14 15 11 12 10 9 28/ 06/05 25/ 06/05 28/ 06/05 6 7 8 11 190 250 170 10 10 320 460 25 25 20 160 8 225 400 10 260 16 16 10225 3 12500 1933 5600 404 8 10 11 14 16 Thân thiết bò X18H10T 1 Gờ chảy tràn X18H10T 71 Mâm xuyên lỗ X18H10T 71 Máng chảy chuyền X18H10T 71 Bích nối thân Tai treo CT3 4 X18H10T 1 4 φ1 50 φ8 0 φ8 0 φ8 0 φ1 50 φ3 0 200 φ2 7 M20x45 54 φ 1408 7 35 3 T PT T 15 14 13 12 10 9 5 4 3 2 1 11 8 7 6 Trang 6 Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục Hỗn hợp Nước – Axit axetic có nồng độ nước 30% (theo phần khối lượng), nhiệt độ khoảng 27 0 C tại bình chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm lên bồn cao vò (3). Từ đó được đưa đến thiết bò trao đổi nhiệt với sản phẩm đỉnh (4). Sau đó, hỗn hợp được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi trong thiết bò đun sôi dòng nhập liệu (5), rồi được đưa vào tháp chưng cất (9) ở đóa nhập liệu. Trên đóa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn luyện của tháp chảy xuống. Trong tháp, hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng từ trên xuống. Ở đây, có sự tiếp xúc và trao đổi giữa hai pha với nhau. Pha lỏng chuyển động trong phần chưng càng xuống dưới càng giảm nồng độ các cấu tử dễ bay hơi vì đã bò pha hơi tạo nên từ nồi đun (12) lôi cuốn cấu tử dễ bay hơi. Nhiệt độ càng lên trên càng thấp, nên khi hơi đi qua các đóa từ dưới lên thì cấu tử có nhiệt độ sôi cao là axit axetic sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp có cấu tử nước chiếm nhiều nhất (có nồng độ 95,5% phần khối lượng). Hơi này đi vào thiết bò ngưng tụ (10) và được ngưng tụ hoàn toàn. Một phần chất lỏng ngưng tụ được trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu trong thiết bò (4) (sau khi qua bồn cao vò). Phần còn lại của chất lỏng ngưng tụ được hoàn lưu về tháp ở đóa trên cùng. Một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp được bốc hơi, còn lại cấu tử có nhiệt độ sôi cao trong chất lỏng ngày càng tăng. Cuối cùng, ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng hầu hết là các cấu tử khó bay hơi (axit axetic). Hỗn hợp lỏng ở đáy có nồng độ nước là 0,5% phần khối lượng, còn lại là axit axetic. Dung dòch lỏng ở đáy đi ra khỏi tháp vào nồi đun (12). Trong nồi đun dung dòch lỏng một phần sẽ bốc hơi cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc, phần còn lại ra khỏi nồi đun đi qua thiết bò làm nguội sản phẩm đáy (13), được làm nguội đến 35 0 C , rồi được đưa qua bồn chứa sản phẩm đáy (14). Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là nước, sau khi trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu có nhiệt độ 35 o C và được thải bỏ. Sản phẩm đáy là axit axetic được giữ lại. Trang 7 Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục Chương 3 CÂN BẰNG VẬT CHẤT I. CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU : Chọn loại tháp là tháp mâm xuyên lỗ. Khi chưng luyện dung dòch axit axetic thì cấu tử dễ bay hơi là nước. Hỗn hợp:    =⇒ =⇒ )mol/g(18MOH:Nước )mol/g(60MCOOHCH:axeticAxit N2 A3  Năng suất nhập liệu: G F = 3000 (kg/h)  Nồng độ nhập liệu: x F = 30% (kg nước/ kg hỗn hợp)  Nồng độ sản phẩm đỉnh: x D = 95,5% (kg nước/ kg hỗn hợp)  Nồng độ sản phẩm đáy: x W = 0,5% (kg nước/ kg hỗn hợp)  Áp suất hơi đốt: P h = 2,5at  Chọn:  Nhiệt độ nhập liệu: t FV = 27 o C  Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi làm nguội: t WR = 35 o C  Nhiệt độ dòng nước lạnh đi vào: t V = 27 o C  Nhiệt độ dòng nước lạnh đi ra: t R = 43 o C  Trạng thái nhập liệu là trạng thái lỏng sôi.  Các ký hiệu:  G F , F: suất lượng nhập liệu tính theo kg/h, kmol/h.  G D , D: suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo kg/h, kmol/h.  G W , W: suất lượng sản phẩm đáy tính theo kg/h, kmol/h.  x i , x i : nồng độ phần mol, phần khối lượng của cấu tử i. II. XÁC ĐỊNH SUẤT LƯNG SẢN PHẨM ĐỈNH và SẢN PHẨM ĐÁY THU ĐƯC : Đun gián tiếp :    += += WWDDFF WDF xGxGxG GGG ⇔ FD W WF D WD F xx G xx G xx G − = − = − Nên : G D = 579,9313000 5,05,95 5,030 G xx xx F WD WF = − − = − − (kg/h) Và: G W = G F – G D = 3000 – 931,579 = 2068,421 (kg/h) III. XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HOÀN LƯU LÀM VIỆC : Trang 8 Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục 1. Nồng độ phần mol : = − + = − + = 60 3,01 18 3,0 18 3,0 M x1 M x M x x A F N F N F F 0,588 (mol nước/ mol hỗn hợp) = − + = − + = 60 005,01 18 005,0 18 005,0 M x1 M x M x x A W N W N W W 0,016 (mol nước/ mol hỗn hợp) = − + = − + = 60 955,01 18 955,0 18 955,0 M x1 M x M x x A D N D N D D 0,986 (mol nước/ mol hỗn hợp) 2. Suất lượng mol tương đối của dòng nhập liệu : 01647,058824,0 01647,098606,0 xx xx f WF WD − − = − − = = 1,696 3. Tỉ số hoàn lưu làm việc : 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Hình 1: Đồ thò cân bằng pha của hệ Nước – Axit axetic Dựa vào hình 1 ⇒ y F * = 0,705 Trang 9 x F y F * Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục Tỉ số hoàn lưu tối thiểu: 58824,0705,0 705,098606,0 xy yx R F * F * FD min − − = − − = = 2,407 Tỉ số hoàn lưu làm việc: R = 1,3R min + 0,3 = 3,429 IV. XÁC ĐỊNH SUẤT LƯNG MOL CỦA CÁC DÒNG PHA : Coi lưu lượng mol của các dòng pha đi trong mỗi đoạn tháp (chưng và luyện) là không đổi. 1. Tại đỉnh tháp : Vì tại đỉnh tháp nồng độ phần mol của nước trong pha lỏng và pha hơi bằng nhau. ⇒ Khối lượng của pha hơi và pha lỏng tại đỉnh tháp là bằng nhau: M HD = M LD = x D . M N + (1 – x D ). M A = 0,986. 18 + (1 – 0,986). 60 = 18,585 (kg/mol) Suất lượng khối lượng của dòng hơi tại đỉnh tháp: G HD = (R +1)G D = (3,429 + 1). 931,579 = 4126,142 (kg/h) Suất lượng mol của dòng hơi tại đỉnh tháp: n HD = 585,18 142,4126 M G HD HD = = 222,009 (kmol/h) Suất lượng khối lượng của dòng hoàn lưu: G L = RG D = 3,429. 931,579 = 3194,563 (kg/h) Suất lượng mol của dòng hoàn lưu: L = 585,18 563,3194 M G LD L = = 171,885 (kmol/h) 2. Tại mâm nhập liệu : Khối lượng mol của dòng nhập liệu: M F = x F . M N + (1 – x F ). M A = 0,588. 18 + (1 – 0,588). 60 = 35,294 (kg/kmol) Suất lượng mol của dòng nhập liệu: F = 294,35 3000 M G F F = = 256,885 (kmol/h) Và: n LF = L = 171,885 (kmol/h) Trang 10 L L n HD n HD n LF n’ LF n HF n HF F [...]... trong phần luyện: MHL = yL MN + (1 – yL) MA = 0,832 18 + (1 – 0,832) 60 = 25,054 (kg/kmol) Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần luyện: PM HL 1 × 25,054 ρ HL = = 22,4 = 0,815 (kg/m3) RTHL × (101,6 + 273) 273 Trang 12 Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục 118 116 114 112 110 108 106 104 102 100 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Hình 2: Giản đồ T – x,y của hệ Nước – Axit axetic. .. 0,7 0,8 0,9 1 Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục 1 Phần luyện: Dựa vào hình 3 ⇒ Số mâm lý thuyết phần luyện: nltL = 19 1.1 Tính hiệu suất mâm: Tại nhiệt độ trung bình của pha hơi trong phần luyện THL = 101,6oC thì: • Tra bảng 1.250, trang 312, [5] ⇒ p suất hơi bão hòa của nước PNL = 1,09668 at = 806,060 (mmHg) • Tra hình XXIII, trang 466, [4] ⇒ p suất hơi bão hòa của axit axetic PAL =... của nước ở 100,1oC = 4,22013 (kJ/kg.K) ⇒ Nhiệt dung riêng của nước ở 103,4oC = 4,22442 (kJ/kg.K) ⇒ Nhiệt dung riêng của nước ở 117,1oC = 4,24507 (kJ/kg.K) Tra bảng 1.154, trang 172, [5] ⇒ Nhiệt dung riêng của axit axetic ở 100,1oC = 2,430525 (kJ/kg.K) ⇒ Nhiệt dung riêng của axit axetic ở 103,4oC = 2,44785(kJ/kg.K) ⇒ Nhiệt dung riêng của axit axetic ở 117,1oC = 2,519775 (kJ/kg.K) Trang 31 Chưng luyện Nước. .. Lgờ = φsin = 1,4 sin = 1,017 (m) 2 2 Trang 18 Lgờ Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục 4.1 Phần luyện: Khối lượng mol trung bình của pha lỏng trong phần luyện: M + M F 18,585 + 35,294 = MLL = LD = 26,940 (kg/kmol) 2 2 Suất lượng mol của pha lỏng trong phần luyện: nLL = L = 171,885 (kmol/h) Suất lượng thể tích của pha lỏng trong phần luyện: n LL M LL 171,885 × 26,940 = QLL = = 0,00134... (kmol/h) Chương 4 Trang 11 Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH (Tháp mâm xuyên lỗ) Phương trình đường làm việc : x R 3,429 0,986 x+ D = x+ = 0,774x + 0,223 R +1 R + 1 3,429 + 1 3,429 + 1 R+f 1− f 3,429 + 1,696 1 − 1,696 x+ xW = x+ × 0,016 Phần chưng: y = R +1 R +1 3,429 + 1 3,429 + 1 = 1,157x – 0,003 Phần luyện: y = I ĐƯỜNG KÍNH THÁP : 1 Phần luyện: 1.1 Khối lượng riêng... (J/kgK)  Sức căng bề mặt của nước: σN = 0,5542 (N/m) (Bảng 1.249, trang 310, [5])  Sức căng bề mặt của axit: σA = 0,0182385 (N/m) (Bảng 1.242, trang 300, [5]) σNσA Nên: σ = = 0,018 (N/m) σN + σA   Nhiệt hóa hơi của nước: rN = 2214420 (J/kg) (Bảng 1.250, trang 312, [5]) Nhiệt hóa hơi của axit: rA = 606460,6 (J/kg) (Toán đồ 1.65, trang 255, [5]) Trang 33 Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn... cấp nhiệt của nước trong ống: Kích thước của ống trong:  Đường kính ngoài: dn = 38 (mm) = 0,038 (m)  Bề dày ống: δt = 3 (mm) = 0,003 (m) Trang 35 Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục  Đường kính trong: dtr = 0,032 (m) Nhiệt độ trung bình của dòng nước trong ống: tf = ½ (tV + tR) = 35 (oC) Tại nhiệt độ này thì:  Khối lượng riêng của nước: ρn = 994 (kg/m3)  Độ nhớt của nước: νn = 7,23.10-7... pha hơi đi trong phần luyện: Trang 13 0,9 1 Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục Tra bảng IX.4a, trang 169, [6] ⇒ Với đường kính tháp trong khoảng 1,4 ÷ 1,6 (m) thì khoảng cách mâm là: ∆h = 400 (mm) = 0,4 (m) Tra đồ thò 6.2, trang 256, [4] ⇒ C = 0,057 Vận tốc pha hơi đi trong phần luyện: ρ 956,661 ω L = C LL = 0,057 = 1,953 (m/s) ρ HL 0,815 1.4 Tính đường kính phần luyện: Suất lượng mol... đường kính của toàn tháp là đường kính của phần chưng Chọn theo chuẩn ⇒ φ = 1,4 (m) (phù hợp với điều kiện φ = 1,4 ÷ 1,6 m) Kết luận: đường kính tháp là φ = 1,4 (m) Vận tốc pha hơi trong phần chưng và phần luyện theo thực tế: 4Q HC 4 × 1,933 ωC = = =1,256 (m/s) πφ 2 π × 1,4 2 4Q HL 4 × 1,895 ωL = = =1,231 (m/s) πφ 2 π × 1,4 2 Trang 14 Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục 1 0,9 0,8 0,7 0,6.. .Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục n’LF = L + F = 171,885 + 256,885 = 428,770 (kmol/h) nHF = nHD = 222,009 (kmol/h) 3 Tại đáy tháp: nHW nLW W Vì tại đáy tháp nồng độ phần mol của nước trong pha lỏng và pha hơi bằng nhau ⇒ Khối lượng của pha hơi và pha lỏng tại đáy tháp là bằng nhau: MHW = MLW = xW MN + (1 – xW) MA = 0,016 18 + (1 – 0,016) 60 = 59,308 (kg/mol) . khiết. Đồ án môn học Quá trình và Thiết bò là một môn học mang tính tổng hợp trong quá trình học tập của các kỹ sư Công nghệ Hóa học tương lai. Môn học giúp sinh viên giải quyết nhiệm vụ tính toán. GỌI STT Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh Khoa Công nghệ Hóa học BỘ MÔN MÁY VÀ T HIẾT BỊ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC - AXIT AXETIC DÙNG THÁP MÂM XUYÊN LỖ Đồ án môn học Q uá trình và. Hiền Lương Đồ án môn học Quá trình và Thiết bò : THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC - AXIT AXETIC DÙNG THÁP MÂM XUYÊN LỖ Trường Đại học Bách Khoa Tp . Hồ Chí Minh Khoa Công nghệ Hóa học BỘ MÔN MÁY