THIẾT kế hệ THỐNG THIẾT bị CHƯNG LUYỆN LOẠI

THIẾT kế hệ THỐNG THIẾT bị CHƯNG LUYỆN LOẠI THIẾT kế hệ THỐNG THIẾT bị CHƯNG LUYỆN LOẠI THIẾT kế hệ THỐNG THIẾT bị CHƯNG LUYỆN LOẠI THIẾT kế hệ THỐNG THIẾT bị CHƯNG LUYỆN LOẠI THIẾT kế hệ THỐNG THIẾT bị CHƯNG LUYỆN LOẠI THIẾT kế hệ THỐNG THIẾT bị CHƯNG LUYỆN LOẠI THIẾT kế hệ THỐNG THIẾT bị CHƯNG LUYỆN LOẠI THIẾT kế hệ THỐNG THIẾT bị CHƯNG LUYỆN LOẠI THIẾT kế hệ THỐNG THIẾT bị CHƯNG LUYỆN LOẠI THIẾT kế hệ THỐNG THIẾT bị CHƯNG LUYỆN LOẠI THIẾT kế hệ THỐNG THIẾT bị CHƯNG LUYỆN LOẠI THIẾT kế hệ THỐNG THIẾT bị CHƯNG LUYỆN LOẠI

ĐỒ ÁN MÔN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

BỘ MÔN QUÁ TRÌNH -THIẾT BỊ

……… **………

THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CHƯNG LUYỆN LOẠI

THÁP ĐỆM

ĐỂ PHÂN TÁCH HỖN HỢP HAI CẤU TỬ RƯỢU METYLIC VÀ NƯỚC

Giáo viên hướng dẫn : NGUYỄN THẾ HỮU

Sinh viên : TRẦN THỊ XOAN

Mã sinh viên : 0974140023

Lớp : LTCĐ-ĐH Hóa1-K9

Hà nội 6-2015

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: Trần Thị Xoan

MSV: 0974140023

Lớp:CĐ- ĐH Công Nghệ Hóa 1 Khóa: IX

Khoa: Công nghệ kỹ thuật hóa học

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thế Hữu

NỘI DUNG: Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp đệm để

phân tách hỗn hợp: Metylic- Nước với năng suất hỗn hợp đầu =6835

kg/h.Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong :

giấy

Số lượng

1 Vẽ dây chuyền sản xuất A4 01

2 Vẽ hệ thống tháp chưng

luyện

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 lànhnghề, 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

những kiến thức đã được học và mở 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 NguyễnThế 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 khôngtránh 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!

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 đềcho 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, côđặc, trích ly Tùy vào tính chất của hệ mà ta lựa chọn phương pháp thích hợp

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 ốngchảy 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 tụchoặc 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 caoTách hỗn hợp lỏng ra khỏi tạp chất không bay hơi

Tách sơ bộ hỗn hợp nhiều cấu tử

- Chưng liên tục: là quá trình được thực hiện liên tục nghịchdòng và nhiều đoạn

2) Thiết bị chưng luyện:

Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp khác nhau nhưng chúng đều có một yêu cầu cơ bản là diện tích tiếp xúc bề mặt pha lớn.Tháp chưng luyện phong phú về kích cỡ và ứng dựng Các tháp lớn thường được sử dụng trong công nghệ lọc hóa dầu Đường kính tháp phụ

thuộc vào lượng pha lỏng và lượng pha khí, độ tinh khiết của sản phẩm Mỗi loại tháp chưng lại có cấu tạo riêng, có ưu điểm và nhược điểm khác nhau, vậy ta phải chọn loại tháp nào cho phù hợp với hỗn hợp cấu

tử cần chưng và tính toàn kích cỡ của thết bị cho phù hợp với yêu cầu.Trong đồ án này 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 nhiệt độ sôi

2 GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP ĐƯỢC CHƯNG LUYỆN:

a) Nước

Nước là một hợp chất hóa học của oxy và hidro, có công thức hóa học của nước là H2O Với các tính chất lí hóa đặc biệt (ví dụ như tính lưỡng cực, liên kết hiđrô và tính bất thường của khối lượng riêng) nước

là một chất rất quan trọng trong nhiều ngành khoa học và trong đời sống.70% diện tích của Trái Đất được nước che phủ nhưng chỉ 0,3% tổng lượng nước trên Trái Đất nằm trong các nguồn có thể khai thác dùng làmnước uống

Phân tử nước bao gồm hai nguyên tử hiđrô và một nguyên tử ôxy

Về mặt hình học thì phân tử nước có góc liên kết là 104,45° Do các cặp điện tử tự do chiếm nhiều chỗ nên góc này sai lệch đi so với góc lý

tưởng của hình tứ diện Chiều dài của liên kết O-H là 96,84 picômét.Tính lưỡng cực

Ôxy có độ âm điện cao hơn hiđrô Việc cấu tạo thành hình ba góc vàviệc tích điện từng phần khác nhau của các nguyên tử đã dẫn đến cực tính dương ở các nguyên tử hiđrô và cực tính âm ở nguyên tử ôxy, gây

ra sự lưỡng cực Dựa trên hai cặp điện tử đơn độc của nguyên tử ôxy, lý thuyết VSEPR đã giải thích sự sắp xếp thành góc của hai nguyên tử

hiđrô, việc tạo thành moment lưỡng cực và vì vậy mà nước có các tính chất đặc biệt Vì phân tử nước có tích điện từng phần khác nhau nên một

số sóng điện từ nhất định như sóng cực ngắn có khả năng làm cho các phân tử nước dao động, dẫn đến việc nước được đun nóng Hiện tượng này được áp dụng để chế tạo lò vi sóng

Đường kính nhỏ của nguyên tử hiđrô đóng vai trò quan trọng cho việc tạo thành các liên kết hiđrô, bởi vì chỉ có như vậy nguyên tử hiđrô mới có thể đến gần nguyên tử ôxy một chừng mực đầy đủ Các chất tương đương của nước, thí dụ như đihiđrô sulfua (H2S), không tạo thành các liên kết tương tự vì hiệu số điện tích quá nhỏ giữa các phần liên kết Việc tạo chuỗi của các phân tử nước thông qua liên kết cầu nối hiđrô là nguyên nhân cho nhiều tính chất đặc biệt của nước, thí dụ như nước mặc

dù có khối lượng mol nhỏ vào khoảng 18 g/mol vẫn ở thể lỏng trong điều kiện tiêu chuẩn Ngược lại, H2S tồn tại ở dạng khí cùng ở trong những điều kiện này Nước có khối lượng riêng lớn nhất ở 4 độ Celcius

và nhờ vào đó mà băng đá có thể nổi lên trên mặt nước; hiện tượng này được giải thích nhờ vào liên kết cầu nối hiđrô

Liên kết hiđrô

Các tính chất hóa lý của nước

Cấu tạo của phân tử nước tạo nên các liên kết hiđrô giữa các phân tử

là cơ sở cho nhiều tính chất của nước Cho đến nay một số tính chất của nước vẫn còn là câu đố cho các nhà nghiên cứu mặc dù nước đã được nghiên cứu từ lâu

Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của nước đã được Anders Celsius dùng làm hai điểm mốc cho độ bách phân Celcius Cụ thể, nhiệt độ đóngbăng của nước là 0 độ Celcius, còn nhiệt độ sôi (760 mm Hg) bằng 100

độ Celcius Nước đóng băng được gọi là nước đá Nước đã hóa hơi đượcgọi là hơi nước Nước có nhiệt độ sôi tương đối cao nhờ liên kết hiđrô

Dưới áp suất bình thường nước có khối lượng riêng (tỷ trọng) cao nhất là ở 4 °C: 1 g/cm³ đó là vì nước vẫn tiếp tục giãn nở khi nhiệt độ giảm xuống dưới 4 °C Điều này không được quan sát ở bất kỳ một chất nào khác Điều này có nghĩa là: Với nhiệt độ trên 4 °C, nước có đặc tính giống mọi vật khác là nóng nở, lạnh co; nhưng với nhiệt độ dưới 4 °C, nước lại lạnh nở, nóng co Do hình thể đặc biệt của phân tử nước (với góc liên kết 104,45°), khi bị làm lạnh các phân tử phải dời xa ra để tạo liên kết tinh thể lục giác mở Vì vậy mà tỉ trọng của nước đá nhẹ hơn nước thể lỏng.[1]

Khi đông lạnh dưới 4 °C, các phân tử nước phải dời xa ra để tạo liên kết tinh thể lục giác mở.

Nước là một dung môi tốt nhờ vào tính lưỡng cực Các hợp chất phâncực hoặc có tính ion như axít, rượu và muối đều dễ tan trong nước Tính hòa tan của nước đóng vai trò rất quan trọng trong sinh học vì nhiều phản ứng hóa sinh chỉ xảy ra trong dung dịch nước

Nước tinh khiết không dẫn điện Mặc dù vậy, do có tính hòa tan tốt, nước hay có tạp chất pha lẫn, thường là các muối, tạo ra các ion tự do trong dung dịch nước cho phép dòng điện chạy qua

Về mặt hóa học, nước là một chất lưỡng tính, có thể phản ứng như một axit hay bazơ Ở 7 pH (trung tính) hàm lượng các ion hydroxyt (OH-) cân bằng với hàm lượng của hydronium (H3O+) Khi phản ứng vớimột axit mạnh hơn thí dụ như HCl, nước phản ứng như một chất kiềm:

HCl + H2O ↔ H3O+ + Cl

-Với ammoniac nước lại phản ứng như một axit:

NH3 + H2O ↔ NH4+ + OH

-Nước trong đời sống

Cuộc sống trên Trái Đất bắt nguồn từ trong nước Tất cả các sự sống trên Trái Đất đều phụ thuộc vào nước và vòng tuần hoàn nước

Nước có ảnh hưởng quyết định đến khí hậu và là nguyên nhân tạo ra thời tiết Năng lượng mặt trời sưởi ấm không đồng đều các đại dương đãtạo nên các dòng hải lưu trên toàn cầu Dòng hải lưu Gulf Stream vận chuyển nước ấm từ vùng Vịnh Mexico đến Bắc Đại Tây Dương làm ảnh hưởng đến khí hậu của vài vùng châu Âu

Nước là thành phần quan trọng của các tế bào sinh học và là môi trường của các quá trình sinh hóa cơ bản như quang hợp

Hơn 70% diện tích của Trái Đất được bao phủ bởi nước Lượng nướctrên Trái Đất có vào khoảng 1,38 tỉ km³ Trong đó 97,4% là nước mặn trong các đại dương trên thế giới, phần còn lại, 2,6%, là nước ngọt, tồn tại chủ yếu dưới dạng băng tuyết đóng ở hai cực và trên các ngọn núi, chỉ có 0,3% nước trên toàn thế giới (hay 3,6 triệu km³) là có thể sử dụng làm nước uống Việc cung cấp nước uống sẽ là một trong những thử thách lớn nhất của loài người trong vài thập niên tới đây Nguồn nước cũng đã là nguyên nhân gây ra một trong những cuộc chiến tranh ở

Trung Cận Đông

Nước được sử dụng trong công nghiệp từ lâu như là nguồn nhiên liệu(cối xay nước, máy hơi nước, nhà máy thủy điện), Như là chất trao đổi nhiệt

Với tình trạng ô nhiễm ngày một nặng và dân số ngày càng tăng, nước sạch dự báo sẽ sớm trở thành một thứ tài nguyên quý giá không kém dầu mỏ trong thế kỷ trước Nhưng không như dầu mỏ có thể thay thế bằng các loại nhiên liệu khác như điện, nhiên liệu sinh học, khí

đốt , nước không thể thay thế và trên thế giới tất cả các dân tộc đều cần đến nó để bảo đảm cuộc sống của mình, cho nên vấn đề nước trở thành chủ đề quan trọng trên các hội đàm quốc tế và những mâu thuẫn về nguồn nước đã được dự báo trong tương lai

HydroxymethaneMethyl alcoholMethyl hydrateMethyl hydroxideMethylic alcoholMethylol

Methanol, cũng gọi là methyl alcohol, alcohol gỗ, naphtha gỗ hay rượu mạnh gỗ, là một hợp chất hóa học với công thức phân tử HC 3O H(thường viết tắt MeOH) Đây là rượu đơn giản nhất, nhẹ, dễ bay hơi, không màu, dễ cháy chất lỏng với một mùi đặc trưng, rất giống, nhưng hơi ngọt hơn ethanol (rượu uống)[3] Ở nhiệt độ phòng, nó là một chất lỏng phân cực, và được sử dụng như một chất chống đông, dung môi, nhiên liệu, và như là một chất làm biến tính cho ethanol Nó cũng được

sử dụng để sản xuất diesel sinh học thông qua phản ứng xuyên este hóa

Methanol là sản xuất tự nhiên trong quá trình chuyển hóa nhiều loại

vi khuẩn kỵ khí, và là phổ biến trong môi trường Kết quả là, có một phần nhỏ của hơi methanol trong bầu khí quyển Trong suốt vài ngày, methanol không khí bị oxy hóa với sự hỗ trợ của ánh sáng Mặt Trời để thành khí cácbonic và nước

Methanol để trong không khí, tạo thành carbon dioxide và nước:

2 CH3OH + 3 O2 → 2 CO2 + 4 H2O

Do có tính độc hại, methanol được dùng làm phụ gia biến tính cho ethanol trong sản xuất công nghiệp.Methanol thường được gọi là "cồn gỗ" (wood alcohol) bởi vì methanol là một sản phẩm phụ trong quá trìnhchưng cất khô sản phẩm gỗ

Độc tính

Metanol là chất rất độc, với lượng nhỏ gây mù, nhiều hơn có thể tử vong dễ dàng Cồn trong công nghiệp được điều chế từ gỗ, methanol là sản phẩm phụ của quá trình này, vì thế ethanol dùng trong phòng thí nghiệm có chứa nhiều methanol do đó tuyệt đối không được uống cồn

hoặc dùng cồn thay rượu uống

2 Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất:

2.1 Dây chuyền sản xuất:

Hình 1.1 Sơ đồ dây chuyền công nghê chưng luyện liên tục

3

4 5

CHÚ THÍCH:

1 Thùng chứa hỗn hợp đầu 7 Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh

3 Thùng cao vị 9 Thiết bị gia nhiệt đáy tháp

4 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 10 Thùng chứa sản phẩm đáy

5 Tháp chưng luyện 11 Thiết bị tháo nước ngưng

6 Thiết bị ngưng tụ hồi lưu

THUYẾT MINH:

Dung dịch đầu ở thùng (1) được bơm (2) bơm liên tục lên thùng cao

vị (3), mức chất lỏng cao nhất ở thùng cao vị được khống chế nhờ ống

chảy tràn, từ thùng cao vị dung dịch được đưa vào thiết bị đun nóng (4)

qua lưu lượng kế (11), ở đây dung dịch được đun nóng đến nhiệt độ sôi

bằng hơi nước bão hoà, từ thiét bi gia nhiệt (4) dung dịch được đưa vào

tháp chưng luyện (5) nhờ đĩa tiếp liệu, trong tháp hơi đi từ dưới lên gặp

chất nỏng đi từ trên xuống, nhiệt độ và nồng độ các cấu tử thay đổi theo

chiều cao của tháp Vì vậy hơi từ đĩa phía dưới lên đĩa phía trên, các cấu

tử có nhiệt độ sôi cao sẽ được ngưng tụ lại và cuối cùng trên đỉnh ta thu

được hỗn hợp gồm hầu hết các cấu tử dễ bay hơi Hơi đó đi vào thiết bị

ngưng tụ hồi lưu (6), ở đây nó được ngưng tụ lại

Một phần chất lỏng đi qua thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh đến

nhiệt độ cần thiết rồi đi vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (8), một phần

khác hồi lưu về tháp ở đĩa trên cùng

Chất lỏng đi từ trên xuống gặp hơi có nhiệt độ cao hơn, một phần

cấu tử có nhiệt độ sôi thấp được bốc hơi và do đó nồng độ cấu tử khó

bay hơi trong chất lỏng ngày càng tăng và cuối cùng ở đáy tháp ta thu

dược hỗn hợp lỏng gồm hầu hết là cấu tử khó bay hơi Chất lỏng đi ra

khỏi tháp được làm lạnh rồi đi vào thùng chứa sản phẩm đáy (10) Như

vậy với thiết bị làm việc liên tục thì hỗn hợp đầu được đưa vào liên tục

và sản phẩm cũng được tháo ra liên tục

PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

2.1 Tính toán cân bằng vật liệu toàn thiết bị:

o Kí hiệu các đại lượng như sau:

F : lượng nguyên liệu đầu (kmol/h)

P : lượng sản phẩm đỉnh (kmol/h)

W: lượng sản phẩm đáy (kmol/h)

xF: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu

xP: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đỉnh

xW: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy

+ Hỗn hợp đầu đi vào tháp ở nhiệt độ sôi.

+ Chất lỏng ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ có thành phần bằng thành phần của hơi đi ra ở đỉnh tháp

+ Cấp nhiệt ở đáy tháp băng hơi đốt gián tiếp

o Yêu Cầu thiết bị:

F: Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu = 6835kg/giờ

Thiết bị làm việc ở áp suất thường (P = 1 at)

Tháp chưng loại: tháp đĩa đệm có ống chảy truyền

o Điều kiện:

aF : Nồng độ nước trong hỗn hợp đầu=28,1 % (phần khối lượng)

aP: Nồng độ nước trong sản phẩm đỉnh = 90,8% (phần khối lưọng)

a : Nồng độ nước trong sản phẩm đáy = 1,1% (phần khối lượng)

MA: Khối lượng phân tử của nước = 18 (kg/kmol)

MB: Khối lượng phân tử của metylic = 32 (kg/kmol)

o Đổi từ phần khối lượng sang phần mol:

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống chưng

2.2 Cân bằng vật liệu :

Hỗn hợp đầu vào F (nước – metylic) được phân tách thành sản phẩm đỉnh P (nước), và sản phẩm đáy W ( metylic ) Ở đĩa trên cùng có

1 lượng lỏng hồi lưu, ở đáy tháp có thiết bị đun sôi Lượng hơi đi ra đỉnhtháp Do

Phương trình cân bằng vật liệu:

Phương trình cân bằng vật liệu cho cấu tử dễ bay hơi (H2O):

G.aF = G.aP + G.aW

Từ số liệu bảng IX.2a (Sổ tay QT&TBCNHC-2 trang 149) ta có thành phần cân bằng lỏng hơi của nước – metylic được cho theo bảng sau :

y 0 26,

8

41,8

57,9

66,5

72,9

77,9

82,5

87 91,

5

95,8

XF =0,407=> Y*F = 0,73, tf=73,54°C

XP =0,946=> YP = 0,9773, tP=65,93°C

XW =0,02=> YW = 0,107, tW=96,92°CChỉ số hồi lưu làm việc: Rx =b x Rmin (b:hệ số dư [1,2÷2,5])

Rmin = = =0,6687

2.1.3.Tính chỉ số hồi lưu thích hợp:

Chỉ số hồi lưu làm việc thường được xác định thông qua chỉ số hồi lưu tối thiểu: R=β.Rmin

Trong đó: β: hệ số dư hay hệ số hiệu chỉnh

Tính gần đúng ta lấy chỉ số hồi lưu làm việc bằng:

Dưới đây là các đồ thị xác định số đĩa lí thuyết trên cơ sở đường cân

bằng, x P, x F, x W Đường làm việc đoạn luyện đi qua điểm (x P,y P) và cắt trục tung tại điểm có tung độ B = , đường làm việc đoạn chưng đi qua giao điểm của đường làm việc đoạn luyện với đường x F =const và điểm (

Với Rth = 0,404 xác định được số đĩa lí thuyết Nlt = 7

2.1.4 Phương trình đường nồng độ làm việc:

Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện:

Thay số ta được:

1 1

P

x R

tb tb

Vtb: lượng hơi khí trung bình đi trong tháp (m3/h)

ωtb: tốc độ hơi (khí) trung bình đi trong tháp (m/s)

gtb: lượng hơi (khí) trung bình đi trong tháp (kg/h)

y y tb

(ρω )

: tốc độ hơi (khí) trung bình đi trong tháp (kg/m3.s)

2.2.1.Lượng hơi trung bình các dòng pha đi trong tháp

Vì lượng hơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao tháp và khác nhau trong mỗi đoạn cho nên phải tính lượng hơi trung bình cho từng đoạn

Hỉnh 2.18.Để xác định lượng hơi trung bình đi trong tháp chưng luyện

a.Xác định lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện:

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện có thể tính gần đúng bằngtrung bình cộng của lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp và lượnghơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện:

1 2

d tbL

Trong đó:

g tbL : lượng hơi (khí) trung bình đi trong đoạn luyện (kg/h hay kmol/h)

g đ : lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (kg/h hay kmol/h)

g 1 : lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện (kg/h hay kmol/h)

Lượng hơi ra khỏi tháp gđ:

gđ = GR + GP =GP(R + 1)

r1: ẩm nhiệt hóa hơi đi vào đĩa luyện thứ nhất (kcal/mol)

rđ: ẩm nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi đỉnh tháp (kcal/mol)

r1 = rA.y1 + (1- y1) rB

rđ = rA.yđ + (1- yđ) rB

yđ = yP (phần khối lượng)

rA: ẩm nhiệt hóa hơi của nước

rB: ẩm nhiệt hóa hơi của metylic

Xác định ẩm nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi đỉnh tháp:

Từ số liệu bảng IX.2a (Sổ tay QT&TBCNHC-2 trang 150) ta xác định được:

nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu tF =73,54C ứng với yF = xF = 0,41nhiệt độ sôi của hỗn hợp đỉnh tP =65,93C ứng với yP = xP =0,946, nhiệt độ sôi của sản phẩm đáy tW =96,92C ứng với yW = xW =0,02 Xác định ẩm nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi đỉnh tháp:

Áp dụng công thức nội suy:

r = r + (t -t)

Xác định ẩm nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa luyện thứ nhất:Nội suy theo bảng I.212 đối với nước bảng I.213 đối với metylic (Sổ tayQT&TBCNHC-T1) với tF = 73,540C ta có:

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng được xác định gần đúng bằng trung bình cộng của lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng và lượng hơi

đi vào đoạn chưng:

2

n tb

g

, lượng lỏng G1, và hàm lượng lỏng'

Xác định ẩm nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng

Nội suy theo bảng I.212 đối với nước bảng I.213 đối với metylic (Sổ tayQT&TBCNHC-T1) với tw = 96,920C ta có:

kg m T

T: nhiệt độ làm việc trung bình của tháp (0K)

ytbA :nồng độ phần mol của cấu tử A tính theo giá trị trung bình

Đổi y1 sang nồng độ phần mol:

y1==0,558

y = = = = 0,752(phần mol)

Với yđA, ycA: nồng độ tại 2 đầu đoạn luyện (phần mol)

Nội suy từ bảng số liệu IX.2a - T2 với ytbA = 0,752 có tytb = 77,4C

Suy ra khối lượng riêng trung bình của pha hơi đối với đoạn luyện là

ρ = .273 = 0,747(kg/m)

• Khối lượng riêng trung bình của đoạn luyện đối với pha lỏng:

31

ρxtb: khối lượng riêng trung bình trong pha lỏng (kg/m3)

ρxtbA, ρxtbB: khối lượng riêng trung bình trong pha lỏng đối với cấu tửA,B lấy theo nhiệt độ trung bình (kg/m3)

atbA: phần khối lượng trung bình của cấu tử A trong pha lỏng

• Khối lượng riêng trung bình của đoạn chưng đối với pha hơi:

273( / )

22, 4.

tbA A tbB B ytb

kg m T

T: nhiệt độ làm việc trung bình của tháp (0K)

ytbA :nồng độ phần mol của cấu tử A tính theo giá trị trung bình

y = = = =0,3325

Với yđA, ycA: nồng độ tại 2 đầu đoạn chưng (phần mol)

Nội suy từ bảng IX.2a - T2 với ytbA = 0,3325 có tytb = 89,92 0C

Suy ra khối lượng riêng trung bình của pha hơi đối với đoạn chưng là:

ρ = .273 = 0,9183(kg/m)

• Khối lượng riêng trung bình của đoạn chưng đối với pha lỏng:

3 1

1

( / )

tbA tbA xtb xtbA xtbB

ρxtb: khối lượng riêng trung bình trong pha lỏng (kg/m3)

ρxtbA, ρxtbB: khối lượng riêng trung bình trong pha lỏng đối với cấu tửA,B lấy theo nhiệt độ trung bình (kg/m3)

atbA: phần khối lượng trung bình của cấu tử A trong pha lỏng

c. Tốc độ của hơi đi trong tháp đệm

4.3 Tốc độ của hơi đi trong tháp đệm

Chọn đệm Rasiga bằng sứ đổ lộn xộn kích thước đệm 25x25x3

mm Tra bảng IX.8, sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chấttâp 2 ta được các thông số sau: σđ =195m2/m3, ρđ=600kg/m3, Vđ =0.75m3/m3, số đệm trong một mét khối là 46.103 Tốc độ hơi đitrong tháp đệm có thể xác định theo công thức sau:

Y=1,2xe-4X

16 , 0 3

đ

ytb đ s gV

w Y

µ

µ ρ

ρ σ

[ IX.114 - II – 187]

8

1 4

x

G

G X

ρ ρ

 Gx, Gy : lượng lỏng và lượng hơi trung bình đi trong tháp, kg/s

 μx, μn : độ nhớt của pha lỏng theo nhiệt độ trung bình và độ

nhớt của nước ở 20 oC, N.s/m2 Tốc độ làm việc ω = ( 0 , 8 ÷ 0 , 9 ) ωs

2.2.4 Tính đường kính tháp

a Đường kính đoạn luyện:

Lượng hơi trung bình: gytbL =2080,92(kg/h)

Khối lượng riêng trung bình của pha hơi: ρ =0,747(kg/m3)

Vậy đường kính đoạn luyện là:

D = 0,0188 = 0,0188 =0,85(m)

Quy chuẩn đường kính đoạn luyện là D = 0,85 (m)

Thử lại điều kiện thực tế :

Từ D = 0,85 => ω = 1,408 (m/s)

= = 0,82 (thỏa mãn)

b Đường kính đoạn chưng

Lượng hơi trung bình: gytbC = 9390,845 (kg/h)

Khối lượng riêng trung bình của pha hơi: ρ = 0,9183 (kg/m)

Vậy đường kính đoạn chưng là:

D = 0,0188 = 0,0188=1,7487(m)

Quy chuẩn đường kính đoạn chưng là D = 1,75(m)

Thử lại điều kiện thưc tế:

h đv : chiều cao của một đơn vị chuyển khối (m)

m y :số đơn vị chuyển khối tính theo pha hơi

y y

G m h h

h 1 là chiều cao của 1 đơn vị chuyển khối đối với pha hơi (m)

h 2 là chiều cao của 1 đơn vị chuyển khối đối với pha lỏng (m)

( )( )m h

m a

V h

x x

x x

y y

đ đ

5 , 0 25 , 0 3 2 2

3

2 25 , 0 1

Pr Re 256

Pr Re

σ ψ

Trong đó:

a: hệ số phụ thuộc vào dạng đệm (đệm vòng a = 0,123)

: hệ số thấm ướt của đệm, nó phụ thuộc vào tỷ số giữa mật độ tưới thực

tế lên tiết diện ngang của tháo và mật độ tưới thích hợp.

2.3.1 Hệ số khuếch tán

a Hệ số khuếch tán trong pha lỏng (D x )

• Hệ số khuếch tán trong pha lỏng ở 200C:

D = (m/s) (SBT II - trang 127)

Trong đó:

A, B: Hệ số liên hợp của chất tan nước và dung môi metylic : A= 1; B =1

μ : Độ nhớt của dung môi metylic ở 25C (cP), nội suy từ bảng I.101

- sổ tay QT&TBCNHC - T1 ta được:

μmetylic=1,78+(25-20)=1,94(Cp)

V, V : Thể tích mol của nước và metylic (cm/mol)

Tra bảng VIII.2 - T2, ta có thể tích nguyên tử của :

ρ: Khối lượng riêng của dung môi ở 25C (kg/m )

Nội suy từ bảng I.2 - Sổ tay QT&TBCHHC - T 1 ta có:

p: áp suất tuyệt đối của hỗn hợp: p = p = 1 (atm)

T: Nhiệt độ tuyệt đối của hỗn hợp : T = 273 + t (K)

Hệ số khuếch tán trong pha hơi đoạn luyện: t = t = 77,4C

y : Nồng độ nước trong pha hơi

Đoạn luyện có y = y = 0,752 ; Đoạn chưng: y = y =0,3325

M : Trọng lượng phân tử của hỗn hợp khí:

μ, μ : Độ nhớt của nước và metylic

Đoạn luyện : t = t = 77,4 0C theo toán đồ I.35 - T1

x : Nồng độ phần mol của axit propionic trong hỗn hợp:

Đoạn luyện có: x = x = 0,678; Đoạn chưng có x = x = 0,2428

μ, μ : Độ nhớt động lực của nước và axit propionic

Đoạn luyện: t = t = 69C nội suy theo bảng I.101 - T1:

μ = 0,4761 (cP), μ = 0,601 (cP)

Đoạn chưng có: t = t = 80,1 C nội suy theo bảng I.101 đối với nước

và toán đồ đối với metylic ( Sổ tay QT&TBCNHC - T1) ta được:

ρ : Khối lượng riêng trung bình của hơi (kg/m)

μ : Độ nhớt trung bình của hơi (Ns/m)

Chuẩn số Reynolt đối với pha hơi đoạn luyện là:

ρ : Khối lượng riêng trung bình của lỏng (kg/m)

D : Hệ số khuếch tán trung bình trong pha lỏng (m/s)

μ : Độ nhớt trung bình của lỏng (Ns/m)

=> Chuẩn số Prand đối với pha lỏng đoạn luyện là:

Pr = =35,76

=> Chuẩn số Prand đối với pha lỏng đoạn chưng là:

Pr = =32,66

e Hệ số cấp khối trong pha hơi

Theo công thức tính cho đĩa lỗ có ống chảy chuyền (II-164):

β = (0,79.Re + 11000)

Trong đó:

D : Hệ số khuếch tán trong pha hơi (m/s)

Re : Chuẩn số Reynolt đối với pha hơi

=> Hệ số cấp khối pha hơi đoạn luyện là:

β = .(0,79.32,037 + 11000) = 0,3746

=> Hệ số cấp khối pha hơi đoạn chưng là:

β = .(0,79.35,217.103 + 11000) = 0,2532

f Hệ số cấp khối trong pha lỏng:

Theo công thức tính cho đĩa lỗ có ống chảy chuyền (II-165):

β = Pr

Trong đó:

D : Hệ số khuếch tán trung bình trong pha lỏng (m/s)

M : Khối lượng mol trung bình của pha lỏng (kg/kmol)

Pr : Chuẩn số prand đối với pha lỏng

=> Hệ số cấp khối trong pha lỏng đoạn luyện là:

g : Lượng hơi trung bình (kg/h)

Đoạn luyện g = 2080,92(kg/h) = = 0,027 (kmol/s)

Đoạn chưng g = 9290,845 (kg/h) = = 0,0954 (kmol/s)

k : Hệ số chuyển khối (kmol/ms)

f : Diện tích làm việc của đĩa: f = F - f.m