Thiết kế hệ thống chưng cất nước – acid axetic bằng tháp mâm xuyên lỗ

93 1.2K 6
Thiết kế hệ thống chưng cất nước – acid axetic bằng tháp mâm xuyên lỗ

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

KHOA: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM1.Tên đề tài:Thiết kế hệ thống chưng cất nước – acid axetic bằng tháp mâm xuyên lỗ.2.Dữ kiện ban đầu: Dòng nguyên liệu vào GF= 3000kgh;Nồng độ (% khối lượng): xF = 30%; xD = 95,5%; xW = 0.5%.Sử dụng hơi đốt có áp suất 2,5at.3.Nhiệm vụ đồ án: Quy trình công ghệ. Cân bằng vật chất cho tháp và tính toán hệ thống Tính toán thiết kế tháp chưng cất: Đường kính,chiều cao tháp,trở lực. Tính toán tính cơ khí Tính toán các thiết bị truyền nhiệt – Thiết bị phụ: Các thiết bị truyền nhiệt Tính toán bơm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA -VŨNG TÀU CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA HÓA HỌC & CNTP Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC (Quá trình và thiết bị trong CNHH và Thực Phẩm) Họ tên SV: Nguyễn Quốc Thiều Giới tính: Nam Nơi sinh: Nam Định. Nguyễn Tấn Thịnh Giới tính: Nam Nơi sinh: Phú Yên. KHÓA: 2009-2013. GVHD: Nguyễn Thiện Thanh. KHOA: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM 1. Tên đề tài: Thiết kế hệ thống chưng cất nước – acid axetic bằng tháp mâm xuyên lỗ. 2. Dữ kiện ban đầu: Dòng nguyên liệu vào G F = 3000kg/h; Nồng độ (% khối lượng): x F = 30%; x D = 95,5%; x W = 0.5%. Sử dụng hơi đốt có áp suất 2,5at. 3. Nhiệm vụ đồ án: - Quy trình công ghệ. - Cân bằng vật chất cho tháp và tính toán hệ thống - Tính toán thiết kế tháp chưng cất: *Đường kính,chiều cao tháp,trở lực. *Tính toán tính cơ khí - Tính toán các thiết bị truyền nhiệt – Thiết bị phụ: - Các thiết bị truyền nhiệt - Tính toán bơm 4. Ngày giao : 20/3/2012 Hoàn thành : 2/5/2012 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TRƯỞNG BỘ MÔN LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển đóng góp to lớn cho nền công nghiệp nước ta nói riêng và thế giới nói chung. Một trong những ngành có đóng góp vô cùng to lớn đó là ngành công nghiệp hóa học, đặc biệt đó là ngành sản xuất các hóa chất cơ bản,phục vụ cho đa số các ngành công nghiệp. Hiện nay, các ngành công nghiệp cần sử dụng rất nhiều hóa chất có độ tinh khiết cao. Nhu cầu này đặt ra cho các nhà sản xuất hóa chất sử dụng nhiều phương pháp để nâng cao độ tinh khiết của sản phẩm như : trích ly, chưng cất, cô đặc, hấp thu … Tuỳ theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp cho phù hợp. Đối với hệ benzen – toluen là hệ 2 cấu tử tan lẫn vô nhau, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục để nâng cao độ tinh khiết cho benzen. Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị là một môn học mang tính tổng hợp trong quá trình học tập của các kỹ sư Công nghệ Hóa học trong tương lai. Môn học này giúp sinh viên có thể tính toán cụ thể : quy trình công nghệ, kết cấu, giá thành của một thiết bị trong sản xuất hóa chất - thực phẩm. Đây là lần đầu tiên sinh viên được vận dụng các kiến thức đại học để giải quyết các vấn đề kỹ thuật thực tế một cách tổng hợp. Nhiệm vụ của đồ án là thiết kế tháp đệm để chưng cất hỗn hợp benzen- toluen có nổng độ 95% phần khối lượng benzen, nồng độ sản phẩm đáy là 0.5%, nồng độ nhập liệu là 40% khối lượng benzen,nhập liệu ở trạng thái lỏng sôi với năng suất nhập liệu là G F =1500 kg/h. Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Toàn trong thời gian dài vừa qua đã tận tình chỉ dẫn chúng em hoàn thành bài báo cáo này. CHƯƠNG I: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 1.1. Sơ đồ quy trình công nghệ. 1.2. Thuyết minh quy trình công nghệ. Hỗn hợp benzen-toluen tại bình chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm vào thiết bị gia nhiệt (3).Ở đây hỗn hợp được gia nhiệt sau đó hỗn hợp được đưa vào tháp chưng cất (5) ở đĩa phân phối. Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn cất 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 bị pha hơi tạo nên từ nồi đun lôi cuốn cấu tử dễ bay hơi. Nhiệt độ càng lên trên càng thấp, nên khi hơi 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 bezen chiếm nhiều nhất. Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ(6) và được ngưng tụ 1 phần (chỉ ngưng tụ hồi lưu). Một phần chất lỏng ngưng được đưa qua thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh(7) trước khi đưa vào bồn chứa sản phẩm đỉnh(8) . Phần còn lại của chất lỏng ngưng được hồi lưu về tháp ở đĩa trên cùng với tỉ số hoàn lưu tối ưu. 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 thu được hỗn hợp lỏng gồm hầu hết là cấu tử khó bay hơi (toluen). Hỗn hợp đáy có toluene và một phần benzen. Dung dịch lỏng ở đáy đi ra khỏi tháp, 1 phần được đun, bốc hơi ở nồi đun kettle (9) cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc, phần còn lại được đưa vào bể chứa sản phẩm (11) sau khi đã được làm lạnh ở thiết bị (12).Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là bezen, sản phẩm đáy là toluene. 1.3. Các thiết bị chính của quy trình. - Tháp chưng luyện liên tục. - Van. - Bồn chứa nhập liệu,sản phẩm đỉnh,sản phẩm đáy. - Thiết bị đun sôi dòng nhập liệu. - Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh. - Nồi đun Kelte gia nhiệt sản phẩm đáy. - Bộ phận phân chia dòng. - Lưu lượng kế. - Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh và đáy. CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN SƠ BỘ 2.1. Các thông số ban đầu - Chọn loại tháp đệm thiết bị hoạt động liên tục. - Khi chưng luyện hỗn hợp benzen-toluen thì cấu tử dễ bay hơi là benzen. - Hỗn hợp: + Benzen: C 6 H 6 , M B = 78 (g/mol) + Toluen: C 7 H 8 , M T = 92 (g/mol) + Nng sut nhp liu: G F = 1500kg/h + Nng nhp liu: F a = 40% (kg Benzen / kg hn hp) + Nng sn phm nh: P a = 95% (kg Benzen / kg hn hp) + Nng d sn phm ỏy: w a = 0.5% (kg Benzen / kg hn hp) - Cỏc ký hiu: G F , F: sut lng nhp liu tớnh theo kg/h, kmol/h. G P , P: sut lng sn phm nh tớnh theo kg/h, kmol/h. G W , W: sut lng sn phm ỏy tớnh theo kg/h, kmol/h. L : sut lng dũng hon lu, kmol/h. a F : nọửng õọỹ họựn hồỹp õỏửu, % khọỳi lổồỹng a P : nọửng õọỹ saớn phỏứm õốnh, % khọỳi lổồỹng a W : nọửng õọỹ saớn phỏứm õaùy % lổồỹng x P : nọửng õọỹ họựn hồỹp õỏửu (phn mol) x F : nọửng õọỹ họựn hồỹp õỏửu (phn mol ) x W : nọửng õọỹ họựn hồỹp õỏửu (phn mol ) 2.2. Cõn bng vt cht Nng phn mol ca Methanol trong thỏp 0,4 78 0,44 1 0,4 1 0,4 78 92 F B F F F B T a M x a a M M = = = + + (phn mol) 0,95 78 0,957 1 0,95 1 0,95 78 92 p P p p B T a x a a M M = = = − − + + (phần mol) 0,005 78 0,0059 1 0,005 1 0,005 78 92 w B W w w B T a M x a a M M = = = − − + + (phần mol) Hỗn hợp benzen – toluen : Ta có bảng cân bằng lỏng-hơi cho hỗn hợp benzen- toluen ở 1 atm Bảng 1 x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1 0 0 y 0 11,8 21,4 38 51,1 61, 9 71, 2 79 85, 4 91 95, 9 1 0 0 T O C 110,6 108,3 106,1 102, 2 98,6 95, 2 92, 1 89, 4 86, 8 84, 4 82, 3 8 0, 2 Ở đây: x là thành phần lỏng;y là thành phần hơi. Từ số liệu của bảng 1 ta xây dựng đồ thị t-x,y cho hệ Benzen- Toluen: Hình 1: Đồ thị t-x,y cho hệ Benzen- Toluen Với :X W =0,0059→t W =110,6 0 C X F =0,44t F =90,34 0 C X p =80,89t P =80,89 0 C ~80,9 0 C 2.2.1Sut lng mol ca cỏc dũng - Phng trỡnh cõn bng vt cht cho ton thỏp G F = G p + G w G F .a F = G p .a P + G w .a W - Th cỏc giỏ tr vo ta c h phng trỡnh sau: 1500 0,005 0,95 0, 4.1500 W P W p G G G G + = + = G p = 627 (kg/h) G w = 873 ( kg/h) Tờnh khọỳi lổồỹng mol trung bỗnh: - Trong họựn hồỹp õỏửu: M F = x F M B + (1- x F )M T = 0,44 .78 +(1- 0,44).92 = 85.84(kg/kmol) - Trong saớn phỏứm õốnh: M P = x P M B + (1- x P )M T = 0,957.78 + (1-0,957).92 = 78.60 (kg/kmol) - Trong saớn phỏứm õaùy: M W = x W M B + (1- x W )M T = 0,0059.78 +(1- 0,0059).92 = 91.92(kg/kmol) Lổu lổồỹng tờnh theo kmol/h: F = 1500/85,84 = 17,47 kmol/h P = 627/78,60 = 7,98 kmol/h W = 873/91,92= 9,49 kmol/h Nhổ vỏỷy ta coù baớng tọứng kóỳt thaỡnh phỏửn saớn phỏứm nhổ sau: Bng 3: Nọửng õọỹ phỏửn khọỳi lổồỹng Nọửng õọỹ phỏửn mol Lổu lổồỹng (kg/h) Lổu lổồỹng (kmol/h) Họựn hồỹp õỏửu 0,4 0,44 1500 17,47 Saớn phỏứm õốnh 0,95 0,957 627 7,98 Saớn phỏứm õaùy 0,005 0,0095 873 9,49 2.2.2 Cỏc phng trỡnh lm vic - T s liu bng 1 ta xõy dng thỡ cõn bng pha ca h Benzen-Toluen ỏp sut 1 atm: Hỡnh 2: th cõn bng pha ca h Benzen- Toluen ỏp sut 1atm - Vi x F = 0,44 ta ni suy t th 2 c * F y = 0,66 + T s hon lu ti thiu * min * 0,957 0,66 1,62 0,66 0,44 P F F F x y R y x = = = [II-158] Phng trỡnh lm vic : - Phng trỡnh ng lm vic ca phn chng: x = 1 1 1 TH W TH TH R L y x R R L + + + + [II-144] - Phng trỡnh ng lm vic ca phn luyn: y = 1 1 TH P TH TH R x x R R + + + L = P F G G Giao điểm của đường làm việc đoạn chưng và đoạn luyện có x=x F= 0.44 Đường làm việc đoạn chưng với đường chéo gốc có x=x w =0.0059 ứng với mỗi giá trị của R ta vẽ được đồ thị xác định được số đĩa lý thuyết, tính được bảng sau: Bảng 4: R 2.1 2.3 2.35 2.4 2.5 2.7 B 0,3 0,29 0,286 0,281 0,27 0,258 N 16 15 15 14 14 13 N(R+1) 49,6 49,5 49,1 47,6 49 49,4 Hình 3 Hình 4 [...]... J/kgđộ Do đó Qp =627.1876,13 (80,39-35)=14,83 KW 3.5 Nhiệt lượng cung cấp cho đáy tháp: Từ cân bằng nhiệt lượng ta có: QT =( Qnt + QW + QD – QF ).Qf= 1,05.(236,9+35,79+14,83-52,09)= 247,2 KW QF : là lượng nhiệt tổn thất,lấy khoảng 5% tổng lượng nhiệt có ích cấp cho đáy tháp CHƯƠNG IV: TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH 4.1 Đường kính tháp Âỉåìng kênh thạp âỉåüc tênh theo cäng thỉïc: D= 4Vtb π * 3600 * ω tb (m) (IX89.[II])... lớp cách nhiệt: Để tránh tổn thất nhiệt cho mơi trường xung quanh, đẩm bảo cho q trình chưng luyện đạt hiệu suất cao nhất thì ta phải trang bị cho tháp chưng luyện 1 lớp cách nhiệt - Chọn vật liệu cách nhiệt bằng bơng thủy tinh có hệ số dẫn nhiệt nhỏ với: λ = 0,0372 (W/mâäü) ; ρ = 200(kg / m 3 ) − Thơng số thân tháp Hãû säú dáùn nhiãût ca váût liãûu lm thán thạp λ = 16, 7 (W/mâäü) −3 Chiãưu dy thán... 0,9 σ c 400 * 10 6 σ< = = 333,33 *10 6 ( N / m 2 ) 1,2 1,2 Váûy S = 2 (mm) tha mãn âiãưu kiãûn 5.3 Tính đáy và nắp thiết bị Hình 12: Nắp và đáy thiết bị được chế tạo cùng loại vật liệu với thân thiết bị,chọn đáy và nắp dạng elip có gờ,dựa vào quan hệ giữa Dt (Dt = 0,6m) với đáy và nắp thiết bị cho trong bảng, XIII.10/382.[II] Ta có: ♦ Chiều cao phần lồi của đấy : ht=0,25*Dt =150mm ♦ Chọn chiều cao... III:CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 3.1 Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ Qnt=(R+1)Gp.rp, kW Với Qnt : nhiệt ngưng tụ, kW a Với rp = aP rB +(1- p ).rT TạixP= 0,957 tra bảng IX-2a.135.[II]ta cóTP=80,890C.Tại nhiệt độ này ta có: rB= 401.103 J/kg vào rT=382.103 J/kg rD = 0,957 x 401.103 +(1-0,957).382.103 = 400,18.103 J/kg Do đó: Qnt =(627.(2,4+1).400,8)/3600 = 236,9 KW 3.2 Cân bằng nhiệt lượng cho thiết. .. ♦ Chiều dài đáy và nắp được xác định theo cơng thức (XIII.47/385.[II]): S= Dt P D × t +C 3,8[σ ] kϕ h − P 2hb m Trong đó: - k là hệ số khơng thứ ngun, chọn k=1 (đáy và nắp có lỗ) _ϕh là hệ số bền của mối hàn hướng tâm ϕh=0,9 khi chọn đáy, nắp hàn 1 bên có tâm lót, hàn tay bằng hồ quang điện (bảng XIII.8/362.[II]) [ σ ] kφ Ta xẹt âải lỉåüng : P h 266, 67.106 = 1.0, 9 = 1257, 4 > 30 190877,5 V× vËy bá... −5 2275, 75 1,8.2152, 75 = 0, 76( m) 1,8.2152, 75 1− 2275, 75 lg Nhỉ váûy chiãưu cao tồn tháp là:H=0,76.14+0,8=11,5(m) Chọn số ngăn là việc đoạn luyện và đoạn chưng là 13 thì khoảng cách mỗi ngăn là 760(m) Chiều cao phần luyện là:Hc=0,76.9,2=7 (m) Chiều cao phần chưng là:Hc=0,76.4,8=3,7 (m) 4.3 Tính trở lực của tháp: Khi cháút lng chuøn âäüng tỉì trãn xúng v cháút khê chuøn âäüng tỉì dỉåïi lãn cọ thãø... U Tråí lỉûc trãn 1 âån vë chiãưu di âãûm : ∆P 6383, 63 U = = 555,1( Pa / m) H 11,5 CHƯƠNG V: TÍNH CƠ KHÍ THIẾT BỊ Việc tính tốn thiết bị đầu tiên dựa trên những điều kiện kinh tế , kĩ thuật,bản chất của sản phẩm từ đó lựa chọn vật liệu thích hợp.Sau đó dựa vào những tính chất vật liệu để tính tốn thiết bị 5.1 Ch ọn v ật li ệu Thạp chỉng luûn åí ạp sút khê quøn P = 760 mmHg = 1,01.10 5 N/m2 l ạp sút... I.153 TR171-172.[5]) Ta có CF= aF CB + (1- aF )CT = 0,4.1930+ (1-0,4).1900 = 1913,2 J/kgđộ,do đó QF=1913,2 1500.(90,34 -25) /3600=52,09 KW Nếu coi tổn thất đường nhập liệu bằng 5% thì: QF = 1,05.52,09=54,09 KW 3.3 Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị làm nguội sản phẩm đáy từ 110,60C xuống 350C QW =Gw CW(TW- TWra), kW 110, 6 + 35 2 Nhiệt dung riêng được xác định ở nhiệt độ trung bình :T= =72,8oC Tại nhiệt... o C ⇒ α 2 = 9,3 + 0,058 *10 = 9,88 (W/m2âäü) ⇒ q 2 = α 2 ∆t 2 = 9,88 × 10 = 98,8(W / m 2 ) − Nhiệt lượng truyền từ trong tháp ra mặt ngồi lớp cách nhiệt: q1 = K∆t1 (W / m 2 ) K : hãû säú truưn nhiãût, W/m2.âäü ∆t1 : hiệu số nhiệt độ giữa nhiết độ trong tháp và nhiệt độ mặt ngồi tháp Vç truưn nhiãût äøn âënh nãn q1 = q2 = q ⇒K = q1 98,8 = = 1, 7 ∆t1 93, 4 − 35 (W/m2âäü ) Màût khạc : K = rcan + δ th... 0,22 = 1,22mm = 1,22.10-3 m _ [σ]: ỉïng sút cho phẹp ca thẹp khäng gè: [σ k ] = t σk nb η( N / m 2 ) (XIII.1/355.[ II]) σ ct [σ k ] = η nc (N/m2) (XIII.2/356.[ II]) Trong đó: _η: hệ số hiệu chỉnh, η=1 (XIII.2/356.[II]) _ nb, nC: hệ số an tồn theo giới hạn bền,chảy (XIII.3/356.[II]) nb = 2,6 ; nC = 1,5 _ σtk, σtC: giới hạn bền khi kéo ,khi chảy ở nhiệt độ t được tra trong bảng (XII.4/310.[II]) tương ứng . 2009-2013. GVHD: Nguyễn Thiện Thanh. KHOA: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM 1. Tên đề tài: Thiết kế hệ thống chưng cất nước – acid axetic bằng tháp mâm xuyên lỗ. 2. Dữ kiện ban đầu: Dòng nguyên liệu. phẩm như : trích ly, chưng cất, cô đặc, hấp thu … Tuỳ theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp cho phù hợp. Đối với hệ benzen – toluen là hệ 2 cấu tử tan lẫn vô. giải quyết các vấn đề kỹ thuật thực tế một cách tổng hợp. Nhiệm vụ của đồ án là thiết kế tháp đệm để chưng cất hỗn hợp benzen- toluen có nổng độ 95% phần khối lượng benzen, nồng độ sản phẩm

Ngày đăng: 26/12/2014, 23:20

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • Họựn hồỹp õỏửu

  • Saớn phỏứm õốnh

  • Saớn phỏứm õaùy

  • Dựa vào bảng XII.37/341.[II] ta chọn vật liệu chế tạo tháp là thép X18H10T.

  • Hỡnh 14:

  • 5.7. Kớch thc a phõn phi v li m v b phn ph

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan