Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp metylic nước

Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp metylic nước

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP- TỰ DO- HẠNH PHÚC ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ Họ và tên SV: Nguyễn Ngọc Minh MSV: 0441120070 Lớp: ĐH Công Nghệ Hóa 1 Khóa: IV Khoa: Công nghệ hóa Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thế Hữu NỘI DUNG: Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp: Metylic- Nước với các số liệu ban đầu như sau: - Năng suất hỗn hợp đầu = 9988,7kg/giờ - Nồng độ cấu tử dễ bay hơi : + hỗn hợp đầu a F =32,7% + hỗn hợp đầu a p =92,2% + hỗn hợp đầu a w =1,0% Tháp làm việc ở áp suất thường, hỗn hợp được gia nhiệt trong đến nhiệt độ sôi Nguyễn Ngọc Minh MSV:0441120070 1 B b STT Tên bản vẽ Khổ giấy Số lượng 1 Vẽ dây chuyền sản xuất A 4 01 2 Vẽ hệ thống tháp chưng luyện A 0 01 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa PHẦN THUYẾT MINH MỤC LỤC MỤC LỤC:………………………………………………………………………… LỜI CẢM ƠN:………………………………………………………………………….4 LỜI NÓI ĐẦU:……………………………………………………………………… 6 PHẦN I : GIỚI THIỆU CHUNG…………………………………………………………………….7 I. Lý thuyết về chưng luyện………….………………….…………………7 1.1 Phương pháp chưng luyện… ……………………… … ……… 7 1.2 Thiêt bị chưng luyện ……………………………………………… 8 2 Giới thiệu về hồn hợp được chưng luyện…………………………….8 2.1 Nước………………………………………………………………….8 2.2 Metylic……………………………………………… …………… 13 2.3 Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất……… ………………… 13 2.3.1 Dây chuyền sản xuất…………………………………………………13 PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH………………………………15 2.1 Tính toán cân bằng vật liệu toàn thiết bị……………………………… 15 2.2 Cân bằng vật liệu……………………………………………………… 16 2.3 Tính chỉ số hồi lưu tối thiểu…………………………………………… 17 2.1.3 Tính chỉ số hồi lưu thích hợp…………………………………………. 2.1.4 Số đía lý thuyết………………………………………………… ……30 Nguyễn Ngọc Minh MSV:0441120070 2 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa 2.1.5 Phương trình đường nồng độ làm việc……………………………….31 2.2 Tính đường kính tháp……………………………………………… 31 2.2.1 Lượng hơi trung bình các dòng pha đi trong tháp………………… 32 2.2.2 Khối lượng riêng trung bình…………………………………………37 2.2.3 Vận tốc đi trong tháp……………………………………………… 40 2.2.4 Tính đường kính tháp……………………………………………… 40 2.3 Tính chiều cao tháp………………………………………………….41 2.3.1 Hệ số khuếch tán…………………………………………………….41 2.3.2 Hệ số cấp khối……………………………………………………….42 2.3.3 Hệ số chuyển khối, đường cong động học, số đĩa thực tế………… 47 2.3.4 Hiệu suất tháp, chiều cao tháp……………………………………….53 2.3.5 Chọn loại đĩa…………………………………………………………53 2.4 Tính trở lực tháp…………………………………………………… 54 2.4.1 Trở lực của đĩa khô………………………………………………… 54 2.4.2 Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt………………………………….55 2.4.3 Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa……………………………………56 2.4.4 Trở lực tháp……………………………………………………… 2.5 Tính cân bằng nhiệt lượng ……………………………………… 57 2.5.1 Tính cân bằng nhiệt trong thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu…………58 2.5.2 Tính cân bằng nhiệt lượng toàn tháp chưng luyện……………… 60 2.5.3 Tính cân bằng nhiệt lượng trong thiết bị ngưng tụ……………….63 2.5.4 Tính cân bằng nhiệt lượng trong thiết bị làm lạnh……………….64 Nguyễn Ngọc Minh MSV:0441120070 3 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa PHẦN III: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ……………………………………66 3.1 Tính toán thân tháp…………………………………………………66 3.1.1 Áp suất trong thiết bị…………………………………………… 66 3.1.2 Ứng suất cho phép……………………………………………….67 3.1.3 Tính hệ số bền của thành hình trụ theo phương pháp dọc………67 3.1.4 Đại lượng bổ sung………………………………………………68 3.1.5 Chiều dày thân tháp…………………………………………… 68 3.2 Tính điều kiện các ống dẫn …………………………………… 69 3.2.1 Điều kiện các ống cháy truyền………………………………….69 3.2.2 Điều kiện ống dẫn hỡn hợp đầu của tháp……………………….70 3.2.3 Điều kiện ống dẫn hơn trong đỉnh tháp…………………………70 3.2.4 Điều kiện ống dẫn sản phẩm đáy……………………………… 71 3.2.5 Điều kiện ống dẫn hơi ngưng tụ hồi lưu……………………… 72 3.2.6 Điề kiện ống dẫn hơi sản phẩm đáy hồi lưu…………………….73 3.3 Tính đáy và nắp thiết bị………………………………………….73 3.4 Chọn mặt bích…………………………………………………….76 3.4.1 Chọn mặt bích để nối thân tháp và nắp tháp…………………….76 3.4.2 Chọn mặt bích để nối ống dẫn thiết bị………………………… 76 3.5 Tính và chọn giá đỡ, tai trèo………………………………………77 3.5.1 Tính khối lượng toàn bộ tháp……………………………………77 PHẦN IV: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ………………………… 83 Nguyễn Ngọc Minh MSV:0441120070 4 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa 4.1 Tính toán thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu………………………… 83 4.1.1 Tính hiệu số nhiệt trung bình……………………………………83 4.1.2 Tính lượng nhiệt trao đổi……………………………………… 84 4.1.3 Tính hệ số cấp khối……………………………………………… 4.2 Tính bơm và thùng cao vị……………………………………… 91 4.2.1 Tính các trở lực …………………………………………………92 4.2.2 Tính chiều cao thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu……………… 100 4.2.3 Tính và chọn bơm………………………………………………101 PHẦN V: KẾT LUẬN CHUNG………………………………………………… PHẦN VI: TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………… 103 Nguyễn Ngọc Minh MSV:0441120070 5 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa Lời Cảm Ơn Chúng ta đang sống trong nền kinh tế hậu công nghiệp hay còn gọi là kinh tế mới, nền kinh tế tri thức. Đặc trưng chủ yếu của nền kinh tế này là sự xuất hiện của các ngành công nghệ cao, công nghệ tự động hóa và người máy, công nghệ thông tin, công nghệ vật liệu mới… Trong ngành công nghệ vật liệu mới không thể không nhắc tới ngành công nghệ hóa học, bởi công nghệ hóa học thuộc nghành công nghệ đòi hỏi kỹ thuật cao, mức độ phát triển khoa học của một đất nước. Khi mà khoa học kỹ thuật càng phát triển, nhu cầu về đồ dùng phương tiện phục vụ càng lớn thì đòi hỏi đến sản phẩm hóa học càng nhiều. Nhận thấy rõ sự phát triển như vũ bão của ngành công nghệ hóa học với lối tư duy nhạy bén và sáng tạo, khoa Công Nghệ Hóa trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội đã đào tạo ra những sinh viên chuyên ngành hóa. Điều đó không chỉ cung cấp cho đất nước đội ngũ những công nhân lành nghề, những thợ kỹ thuật có tay nghề cao mà nó còn mở ra cơ hội việc làm cho giới trẻ trong lĩnh vực khá mới mẻ này. Là một sinh viên khoa Công Nghệ Hóa của trường, chúng em đã được trang bị rất nhiều những kiến thức cơ bản về các quá trình thiết bị của công nghệ sản xuất những sản phẩm hóa học, để củng cố những kiến thức đã học, cũng như để phát huy trình độ độc lập sáng tạo giải quyết một vấn đề cụ thể của sinh viên trong thực tế sản xuất, chinh vì vậy khi được nhận bản đồ án quá trình thiết bị này là một cơ hội tốt để cho chúng em được tìm hiểu về các quá trình công nghệ, được vận dụng những kiến thức đã được học và mở Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa rộng vốn kiến thức của mình, từ đó cho chúng em cái nhìn cụ thể hơn về ngành nghề mình đã lựa chọn. Bản đồ án này không chỉ làm sáng tỏ thêm lý thuyết, nắm vững phương pháp tính toán và nguyên lý vận hành thiết bị, mà đây chính là một cơ hội tốt để sinh viên tập dượt giải quyết những vấn đề cụ thể trong thực tế sản xuất. Để hoàn thành được bản đồ án này em xin gửi lời cám ơn chân thành nhất đến các thầy cô khoa Công Nghệ Hóa, đặc biệt là thầy giáo Nguyễn Thế Hữu đã giành cho chúng em sự ưu đãi đặc biệt, tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em làm đồ án. Do thời gian và kiến thức bản thân em còn hạn chế nên bản đồ án không tránh khỏi những thiếu sót em rất mong nhận được sự góp ý, những lời nhận xét và sửa chữa của thầy cô để bản đồ án của em được hoàn chỉnh hơn. Một lần nữa em xin chân thành cám ơn! Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa Lời Nói Đầu Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nền công nghiệp đã mang lại cho con người những lợi ích vô cùng to lớn về vật chất và tinh thần. Để nâng cao đời sống nhân dân, để hòa nhập chung với sự phát triển chung của các nước trong khu vực cũng như trên thế giới Đảng và Nhà nước ta đã đề ra mục tiêu công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước. Trong tiến trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước những nghành mũi nhọn như công nghệ thông tin, công nghệ sinh học, công nghệ điện tử tự động hóa…công nghệ hóa giữ vai trò quan trọng trong việc sản xuất các sản phẩm phục vụ cho nền kinh tế quốc dân, tạo tiền đề cho nhiều ngành khác phát triển. Khi kinh tế phát triển thì nhu cầu của con người ngày càng tăng. Do vậy các sản phẩm cũng đòi hỏi cao hơn, đa dạng hơn, phong phú hơn, theo đó công nghệ sản xuất cũng phải nâng cao. Trong công nghệ hóa học nói chung việc sử dụng hóa chất có độ tinh khiết cao là yếu tố căn bản tạo ra sản phẩm có chất lượng cao. Có nhiều phương pháp khác nhau để làm tăng nồng độ, độ tinh khiết như: chưng luyện, chưng cất, cô đặc, trích ly. Tùy vào tính chất của hệ mà ta lựa chọn phương pháp thích hợp. Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa Phần I: GIỚI THIỆU CHUNG I. LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN: 1) Phương pháp chưng luyện: Chưng luyện là một phương pháp nhằm để phân tách một hỗn hợp khí đã hóa lỏng dựa trên độ bay hơi tương đối khác nhau giữa các cấu tử thành phần ở cùng một áp suất. Phương pháp chưng luyện này là một quá trình trong đó hỗn hợp được bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần. Kết quả cuối cùng ở đỉnh tháp ta thu được một hỗn hợp gồm hầu hết các cấu tử dễ bay hơi và nồng độ đạt yêu cầu. Phương pháp chưng luyện cho hiệu suất phân tách cao, vì vậy nó được sử dụng nhiều trong thực tế. Dựa trên các phương pháp chưng luyện liên tục, người ta đưa ra nhiều thiết bị phân tách đa dạng như tháp chóp, tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền, tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền, tháp đệm… Cùng với các thiết bị ta có các phương pháp chưng cất là: a. Áp suất làm việc: - Chưng cất ở áp suất thấp. - Chưng cất ở áp suất thường. - Chưng cất ở áp suất cao. Nguyên tắc của phương pháp này là dựa trên nhiệt độ sôi của các cấu tử: nếu nhiệt độ sôi của các cấu tử quá cao thì giảm áp suất làm việc để giảm nhệt độ sôi của các cấu tử. b. Nguyên lý làm việc: có thể làm việc theo nguyên lý liên tục hoặc gián đoạn: -Chưng gián đoạn: phương pháp này được sử dụng khi: Nhiệt độ sôi của các cấu tử khác xa nhau. Không cần đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao Tách hỗn hợp lỏng ra khỏi tạp chất không bay hơi. Tách sơ bộ hỗn hợp nhiều cấu tử. Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa - Chưng liên tục: là quá trình được thực hiện liên tục nghịch dòng và nhiều đoạn. [...]... MP= 0,954.18 + (1- 0,954).32= 18,644 (kg / kmol) Mw= 0,0176.18 + (1- 0,0176).32= 31,7536 (kg / kmol) D,yD D0 L0 DU F,xF LU P,xP W,xW 2.2 Cõn bng vt liu : Hn hp u vo F (nc metylic) c phõn tỏch thnh sn phm nh P (nc), v sn phm ỏy W ( metylic ) a trờn cựng cú 1 lng lng hi lu, ỏy thỏp cú thit b un sụi Lng hi i ra nh thỏp D o Hỡnh 2.1 S h thng chng Phng trỡnh cõn bng vt liu: G =G+G Trong ú: - G l lng hn... Khi phn ng vi mt axit mnh hn thớ d nh HCl, nc phn ng nh mt cht kim: - HCl + H2O H3O+ + Cl- - Vi ammoniac nc li phn ng nh mt axit: - NH3 + H2O NH4+ + OH- Trng i Hc Cụng Nghip H Ni Khoa Cụng Ngh Húa 1.2 METYLIC( CH3OH): a-Tớnh cht vt lý 1.Tớnh cht lý hc: Ru mờtylic l cht lng khụng mu,tan vụ hn trong nc cú mựi v c trng , rt c , ch mt lng nh xõm nhp vo c th cng cú th gõy mự lũa ,lng ln gõy t vong o -Nhit... Nng nc trong hn hp u = 32,7% (phn khi lng) aP: Nng nc trong sn phm nh = 92,2% (phn khi lng) aW: Nng nc trong sn phm ỏy = 1% (phn khi lng) MA: Khi lng phõn t ca nc = 18 (kg/kmol) MB: Khi lng phõn t ca metylic = 32 (kg/kmol) o x= = i t phn khi lng sang phn mol: = 0,463 (phn mol) x= = = 0,954 (phn mol) x = = = 0,0176 (phn mol) o Tớnh khi lng mol trung bỡnh: Trng i Hc Cụng Nghip H Ni Khoa Cụng Ngh Húa... thỏp no cho phự hp vi hn hp cu t cn chng v tớnh ton kớch c ca tht b cho phự hp vi yờu cu Trong ỏn ny em c giao thit k thỏp chng luyn liờn tc loi thỏp a l cú ng chy truyn phõn tỏch hn hp hai cu t l Nc Metylic, ch l vic ỏp sut thng vi hn hp u vo nhit sụi 2 GII THIU V HN HP C CHNG LUYN: 2.1 Nc( H2O): Nc l mt hp cht húa hc ca oxy v hidro, cú cụng thc húa hc l H 2O Vi cỏc tớnh cht lý húa c bit (vớ d... 186,223 (kmol/h) -Lng sn phm ỏy: G = F = 9988,7 =6516,75 (kmol/h) - GW= = 205,229 ( kmol/h) 2.1 Tớnh ch s hi lu ti thiu: T s liu bng IX.2a (S tay QT&TBCNHC-2 trang 150) ta cú thnh phn cõn bng lng hi ca nc metylic c cho theo bng sau : x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 y 0 26, 8 41,8 57,9 66,5 72,9 77,9 82,5 87 t 100 92, 3 87 ,7 81,7 78 80 90 100 91,5 95, 8 100 75,3 73,1 71,2 69,3 67,6 66 64,5 T bng s liu trờn ta . Công Nghệ Hóa 1 Khóa: IV Khoa: Công nghệ hóa Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thế Hữu NỘI DUNG: Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp: Metylic-. em được giao thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp hai cấu tử là Nước – Metylic, chế độ là việc ở áp suất thường với hỗn hợp đầu vào ở. như tháp chóp, tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền, tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền, tháp đệm… Cùng với các thiết bị ta có các phương pháp chưng cất là: a. Áp suất làm việc: - Chưng cất ở áp