Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục hỗn hợp axit axetic nước

Lời mở đầu 6 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU 7 I. Lý thuyết về chưng cất 7 1. Khái niệm 7 2. Các phương pháp chưng cất 8 3. Thiết bị chưng cất 8 II. Giới thiệu sơ bộ về nguyên liệu. 10 4. Axit axetic 10 5. Axeton. 11 CHƯƠNG3: Quy trình công nghệ 13 Thuyết minh quy trình công nghệ 13 CHƯƠNG III: Cân bằng vật chất A Cân Bằng vật chất năng lượng 14 A – Xác định các thông số 14 B Cân bằng nhiệt lượng 20 CHƯƠNG IV:TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA THÁP A.Khối lượng riêng trung bình của pha hơi 22 B.Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng 23 C.Vận tốc hơi trung bình trong toàn tháp: 24 D. Lưu lượng hơi qua tháp 25 E. Lượng hơi vào phần chưng 25 F. Lưu lượng hơi trung bình trong toàn tháp 26 G. Đường kính tháp 26 H. Xác định số đĩa thực và chiều cao tháp 27 CHƯƠNG VI. TÍNH CHÓP VÀ TRỞ LỰC CỦA THÁP 28 VII. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ 38 A. Tính bề dày thân thiết bị 38 B. Tính bề dày nắp 39 C. Tính bích cho thiết bị 39 D. Tính các đường ống dẫn 42 E. Tính tai đỡ, chân treo 43 M. Kiểm tra khả năng cứng cho lỗ 44 VIII. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT 45 1. Tính thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh 45 2. Tính thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 49 IX. Tính cách nhiệt 59 KẾT LUẬN 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN MỤC LỤC Lời mở đầu 6 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU 7 I. Lý thuyết về chưng cất 7 1. Khái niệm 7 2. Các phương pháp chưng cất 8 3. Thiết bị chưng cất 8 II. Giới thiệu sơ bộ về nguyên liệu 10 4. Axit axetic 10 5. Axeton 11 CHƯƠNG3: Quy trình công nghệ 13 Thuyết minh quy trình công nghệ 13 CHƯƠNG III: Cân bằng vật chất A- Cân Bằng vật chất năng lượng 14 A – Xác định các thông số 14 B- Cân bằng nhiệt lượng 20 CHƯƠNG IV:TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA THÁP A.Khối lượng riêng trung bình của pha hơi 22 B.Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng 23 C.Vận tốc hơi trung bình trong toàn tháp: 24 D. Lưu lượng hơi qua tháp 25 E. Lượng hơi vào phần chưng 25 SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 1 Trần Hoàng Minh ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN F. Lưu lượng hơi trung bình trong toàn tháp 26 G. Đường kính tháp 26 H. Xác định số đĩa thực và chiều cao tháp 27 CHƯƠNG VI. TÍNH CHÓP VÀ TRỞ LỰC CỦA THÁP 28 VII. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ 38 A. Tính bề dày thân thiết bị 38 B. Tính bề dày nắp 39 C. Tính bích cho thiết bị 39 D. Tính các đường ống dẫn 42 E. Tính tai đỡ, chân treo 43 M. Kiểm tra khả năng cứng cho lỗ 44 VIII. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT 45 1. Tính thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh 45 2. Tính thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 49 IX. Tính cách nhiệt 59 KẾT LUẬN 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 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 (Quá trình và thiết bị trong CNHH và thực phẩm) SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 2 Trần Hoàng Minh ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN 1 . Họ và tên sinh viên: 1.Nguyễn Xuân Minh MSSV:0952010103 2.Trần Hoàng Minh MSSV:0952010104 2 . Lớp : DH09H2 3 . Ngành : Hóa dầu 4 . Đầu đề ( nhiệm vụ thiết kế): Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục hỗn hợp axit axetic- nước 5 . Dữ kiện ban đầu : Biết năng suất nhập liệu 3000 kg/h, có nồng độ x F =0,32, sản phẩm đỉnh có nồng độ 0,96, sản phẩm đáy có nồng độ 0,5 6 . Nội dung tính toán: 6.1 . Thiết bị chính. 6.2 . Thiết bị phụ. 6.3 . Tính toán cơ khí thiết bị chính. 7 . Nội dung thuyết minh. 7.1 . Lời nói đầu. 7.2 . Giới thiệu về axit axetic, ý nghĩa kinh tế, kỹ thuật của đồ án. 7.3 . Dây chuyền công nghệ quá trình sản xuất. 7.4 . Nội dung tính toán. 7.5 . Kết luận chung. 7.6. Tài liệu tham khảo. 7.7 . Mục lục. 8. Bản vẽ hoàn chỉnh. 8.3 .Dây chuyền công nghệ quá trình sản xuất. 8.4 .Thiết bị chính và chi tiết cơ khí. 9. Ngày giao nhiệm vụ……………………………………. Ngày hoàn thành nhiệm vụ…………………………… 10. Giảng viên hướng dẫn : TH.S Nguyễn Văn Toàn. Nhóm SVTH: Xác nhận của giảng viên hướng dẫn sinh SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 3 Trần Hoàng Minh ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN 1 . Nguyễn Xuân Minh viên đã hoàn thành nhiệm vụ được giao 2 . Trần Hoàng Minh đầy đủ. Xác nhận của trưởng khoa cho phép Điểm: số:…….;Chữ:……. bảo vệ Thành phần hội đồng bảo vệ: Vũng tàu, ngày……tháng…….năm…… SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 4 Trần Hoàng Minh ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN LỜI CẢM ƠN Qua gần 10 tuần thực hiện đồ án với sự nổ lực của cả nhóm, chúng tôi đã nhận được sự giúp đỡ quý báu của quý thầy cô và bạn bè. Nhân đây, chúng tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo Nguyễn Văn Toàn, người mà trực tiếp hướng dẫn chúng tôi thực hiện đồ án này. Chúng tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến quý thầy cô giáo đã giảng dạy truyền thụ những kiến thức quý báu để chúng tôi có thể thực hiện tốt đồ án. Vì thời gian có hạn, kiến thức chuyên môn còn nhiều hạn chế nên trong quá trình viết bài báo cáo không tránh khỏi sai sót, rất mong sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô để chúng tôi củng cố lại kiến thức và bài báo cáo được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn. SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 5 Trần Hoàng Minh ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 6 Trần Hoàng Minh 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 Axeton – 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 bị 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 nghệ, kết cấu, giá thành của một thiết bị 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 Axeton – Axit axetic có thành phần F= 3000kg/h, nồng độ nhập liệu là 32%mol axit, nồng độ sản phẩm đỉnh là 96% mol axit, độ thu hồi axit acetic là 5%. ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN 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 (nghĩa 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 (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 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 bé và một phần rất ít các cấu tử có độ bay hơi lớn.  Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi bé. Đối với hệ Axeton – Axit axetic thì:  Sản phẩm đỉnh chủ yếu là axeton.  Sản phẩm đáy chủ yếu là axit axetic. SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 7 Trần Hoàng Minh ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN 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 Axeton – Axit axetic, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt gián tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường. 3.Thiết bị chưng cất: Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để tiến hành chưng cất. Tuy nhiên yêu cầu cơ bản chung của các thiết bị vẫn giống nhau nghĩa 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 đĩa, 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 SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 8 Trần Hoàng Minh ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN  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 đệm 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 định. - Hiệu suất cao. Nhược điểm - Do có hiệu ứng thành → hiệu suất truyền khối thấp. - Độ ổn định không cao, khó vận hành. - Do có hiệu ứng thành → khi 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. Vậy: ta sử dụng tháp mâm xuyên chóp để chưng cất hệ Axeton – Axit axetic. II. GIỚI THIỆU SƠ BỘ VỀ NGUYÊN LIỆU : SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 9 Trần Hoàng Minh ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:TH.S NGUYỄN VĂN TOÀN 1. Axit axetic: 1.1.Tính chất:  Là 1 chất lỏng không màu, có mùi sốc đặc trưng, trọng lượng riêng 1,0497 (ở 20 o C)  Khi hạ nhiệt độ xuống 1 ít đã đông đặc thành 1 khối tinh thể có  T o nc = 16,635 – 0,002 o , T o sôi = 118 o C  Tan trong nước, rượu và ete theo bất kỳ tỷ lệ nào  Là 1 axit yếu, hằng số phân ly nhiệt động của nó ở 25 o C là  K = 1,75.10 5 − Tính ăn mòn kim loại:  Axit axetic ăn mòn sắt.  Nhôm bị ăn mòn bởi axit loãng, nó đề kháng tốt đối với axit axetic đặc và thuần khiết. Đồng và chì bị 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. 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  → C80ôûaxetatCoban o CH 3 COOH SVTH:Nguyễn Xuân Minh Trang 10 Trần Hoàng Minh [...]... metaphotphit hoc photpho vonframat kim loi 2 v 3 húa tr (chng hn st, coban) 1.3.ng dng: Axit axetic l mt axit quan trng nht trong cỏc loi axit hu c Axit axetic tỡm c rt nhiu ng dng vỡ nú l loi axit hu c r tin nht Nú c dựng ch to rt nhiu hp cht v ester Ngun tiờu th ch yu ca axit axetic l: Lm dm n (dm n cha 4,5% axit axetic) Lm ụng c nha m cao su Lm cht do t si xenluloza axetat lm phim nh khụng nhy... cựng ỏy thu c hn hp lng gm hu ht cỏc cu t khú bay hi (axit axetic) Hn hp ỏy cú axeton v mt phn axeton Dung dch lng ỏy i ra khi thỏp, 1 phn c un, bc hi thit b un sụi ỏy thỏp(10) cung cp li cho thỏp lm vic,phn cũn li c bm bm vo thit b lm ngui sn phm ỏy v c a vo b cha sn phm (12) H thng lm vic liờn tc cho sn phm nh l axeton, sn phm ỏy l axit axetic SVTH:Nguyn Xuõn Minh Trn Hong Minh Trang 13 N MễN... chng cng xung di cang gim nng cỏc cu t d bay hi vỡ ó b pha hi to nờn t thit b gia nhit (7) lụi cun cu t d bay hi Nhit cng lờn trờn cng thp,nờn khi hi i qua cỏc a t di lờn thỡ cu t cú nhit sụi cao l axit acetic s ngng t li, cui cựng trờn nh thỏp ta thu c hn hp cú cu t axeton chim nhiu nht Hi ny i vo thit b ngng t (7) v c ngng t mt phn (ch ngng t hi lu) Mt phn cht lng c a qua bn cha sn phm nh(9) Phn... mụi trong cụng nghip thc phm v dc phm L nguyờn liu tng hp nhiu cht hu c khỏc nhau SVTH:Nguyn Xuõn Minh Trn Hong Minh Trang 12 N MễN HC III GVHD:TH.S NGUYN VN TON QUY TRèNH CễNG NGH: Hn hp axeton acid axetic ti bỡnh cha nguyờn liu (1) c bm (2) bm lờn qua thit b o lu lng k v c a lờn thit b gia nhit (7)(TN vi sn phm ỏy) õy nguyờn liu c gia nhit v sau ú c a vo thỏp chng ct(6) a nhp liu Trờn a nhp liu,... cht: a-Xỏc nh cỏc thụng s: ký hiu: Xf , XD , XW :phõn mol axetol trong nhp liu, sn phm nh, sn phm ỏy F,D,W:sut lng mol ca dũng nhp liu ,sn phm nh, sn phm ỏy(kmolh) MA, MB :ln lt l phõn t lng ca axeton v Axit acetic (kg/kmol) - Phõn t lng trung bỡnh ca cỏc dũng: MF =xF.MA + (1-xF).MB = 0,32.58 + (1-0.3).60 = 59,36 (kg/kmol) MD =xD.MA + (1- xD).MB = 0,96.58 + (1-0,96).60 = 58,08 (kg/kmol) MW =xW.MA + (1-... ton thỏp l: G = (G(ct) + (G(chng)) /2 = (2,046 + 1,939)/2 = 1,993 (kg/m3) b) Khi lng riờng trung bỡnh ca pha lng nh: ng vi XD = 0,97 tra th T-xy ta cú TD = 65,050C nhit ny, khi lng riờng ca aceton v axit acetic l: A = 749,3(kg/m3) v B = 807,2(kg/m3) Khi lng riờng ca sn phm nh l L(nh) = 1083,95(kg/m3) A + (1-XD) B = 0,97.814,2 + (1-0,97)807,2 = XD ỏy: ng vi XW = 0,005 tra th T-xy ta cú TW = 117,30C . MSSV:0952010104 2 . Lớp : DH09H2 3 . Ngành : Hóa dầu 4 . Đầu đề ( nhiệm vụ thiết kế) : Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục hỗn hợp axit axetic- nước 5 . Dữ kiện ban đầu : Biết năng suất nhập liệu 3000 kg/h,. cách tổng hợp. Nhiệm vụ của Đồ án này là thiết kế hệ thống chưng cất Axeton – Axit axetic có thành phần F= 3000kg/h, nồng độ nhập liệu là 32%mol axit, nồng độ sản phẩm đỉnh là 96% mol axit, độ. đối với hệ Axeton – Axit axetic, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt gián tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường. 3 .Thiết bị chưng cất: Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị