phân tách hỗn hợp benzen toluen

phân tách hỗn hợp benzen toluen phân tách hỗn hợp benzen toluen phân tách hỗn hợp benzen toluen phân tách hỗn hợp benzen toluen phân tách hỗn hợp benzen toluen phân tách hỗn hợp benzen toluen phân tách hỗn hợp benzen toluen phân tách hỗn hợp benzen toluen phân tách hỗn hợp benzen toluen phân tách hỗn hợp benzen toluen phân tách hỗn hợp benzen toluen phân tách hỗn hợp benzen toluen phân tách hỗn hợp benzen toluen phân tách hỗn hợp benzen toluen phân tách hỗn hợp benzen toluen

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN HÓA CÔNG BỘ CÔNG THƯƠNG CỘNG HOÀ Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ Họ tên HSSV : Hạ Mai Hương Lớp : ĐH Hoá Khoá: Khoa : Công nghệ Hoá Giáo viên hướng dẫn –Th.s: Phan Thị Quyên Nội dung Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền để phân tách hỗn hợp Benzen- Toluen Các số liệu ban đầu: - Năng suất tính theo hỗn hợp đầu F = 3,75 kg/s - Nồng độ cấu tử dễ bay trong: + Hỗn hợp đầu: aF = 0,358 phần khối lượng + Sản phẩm đỉnh: aP = 0,977 phần khối lượng + Sản phẩm đáy: aW = 0,023 phần khối lượng - Tháp làm việc áp suất thường - Hỗn hợp đầu gia nhiệt đến nhiệt độ sôi T T Tên vẽ Khổ giấy Số lượng Vẽ dây chuyền sản xuất Vẽ hệ thống tháp chưng luyện A4 A0 01 01 PHẦN THUYẾT MINH Mục lục GVHD: Phan Thị Quyên Hạ Mai Hương TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI GVHD: Phan Thị Quyên ĐỒ ÁN HÓA CÔNG Hạ Mai Hương TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN HÓA CÔNG LỜI NÓI ĐẦU Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật, công nghiệp mang lại cho người lợi ích vô to lớn vật chất tinh thần Để nâng cao đời sống nhân dân, để hòa nhập chung với phát triển chung nước khu vực giới Đảng Nhà nước ta đề mục tiêu công nghiệp hóa đại hóa đất nước Trong tiến trình công nghiệp hóa đại hóa đất nước nghành mũi nhọn công nghệ thông tin, công nghệ sinh học, công nghệ điện tử tự động hóa…công nghệ hóa giữ vai trò quan trọng việc sản xuất sản phẩm phục vụ cho kinh tế quốc dân, tạo tiền đề cho nhiều ngành khác phát triển Khi kinh tế phát triển nhu cầu người ngày tăng Do sản phẩm đòi hỏi cao hơn, đa dạng hơn, phong phú hơn, theo công nghệ sản xuất phải nâng cao Trong công nghệ hóa học nói chung việc sử dụng hóa chất có độ tinh khiết cao yếu tố tạo sản phẩm có chất lượng cao Có nhiều phương pháp khác để làm tăng nồng độ, độ tinh khiết như: chưng luyện, chưng cất, cô đặc, trích ly Tùy vào tính chất hệ mà ta lựa chọn phương pháp thích hợp GVHD: Phan Thị Quyên Hạ Mai Hương TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN HÓA CÔNG Phần I: GIỚI THIỆU CHUNG I LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN: I.1 Phương pháp chưng luyện: Chưng luyện phương pháp nhằm để phân tách hỗn hợp khí hóa lỏng dựa độ bay tương đối khác cấu tử thành phần áp suất Phương pháp chưng luyện trình hỗn hợp bốc ngưng tụ nhiều lần Kết cuối đỉnh tháp ta thu hỗn hợp gồm hầu hết cấu tử dễ bay nồng độ đạt yêu cầu Phương pháp chưng luyện cho hiệu suất phân tách cao, sử dụng nhiều thực tế Dựa phương pháp chưng luyện liên tục, người ta đưa nhiều thiết bị phân tách đa dạng tháp chóp, tháp đĩa lỗ ống chảy truyền, tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền, tháp đệm… Cùng với thiết bị ta có phương pháp chưng cất là: Áp suất làm việc: a - Chưng cất áp suất thấp - Chưng cất áp suất thường - Chưng cất áp suất cao Nguyên tắc phương pháp dựa nhiệt độ sôi cấu tử: nhiệt độ sôi cấu tử cao giảm áp suất làm việc để giảm nhệt độ sôi cấu tử Nguyên lý làm việc: làm việc theo nguyên lý liên tục gián đoạn: b - - I.2 Chưng gián đoạn: phương pháp sử dụng khi: + Nhiệt độ sôi cấu tử khác xa + Không cần đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao + Tách hỗn hợp lỏng khỏi tạp chất không bay + Tách sơ hỗn hợp nhiều cấu tử Chưng liên tục: trình thực liên tục nghịch dòng nhiều đoạn Thiết bị chưng luyện Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác để tiến hành chưng cất.Tuy nhiên yêu cầu chung thiết bị giống bề mặt tiếp xúc pha phải lớn Điều phụ thuộc vào mức độ phân tán pha vào pha Ta khảo sát hai loại tháp thường dùng tháp đệm tháp đĩa • Tháp đệm: Tháp trụ gồm nhiều bậc nối với bích hay hàn Vật chêm cho vào tháp hai phương pháp xếp ngẫu nhiên hay có thứ tự GVHD: Phan Thị Quyên Hạ Mai Hương TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN HÓA CÔNG • Tháp đĩa: Được chia làm ba loại: - Tháp chóp: Thân hình trụ, thẳng đứng, phía có gắn mâm có cấu tạo khác pha lỏng pha tiếp xúc với Tùy theo cấu tạo mâm ta có tháp mâm chóp hay tháp mâm xuyên lỗ - Tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền: Tháp dạng trụ,bên có nhiều đĩa,trên đĩa có lỗ tròn rảnh.Trên đĩa có máng chảy tràn để trùy mực chất lỏng đĩa ổn định Đĩa lắp cân lắp xiên góc với độ dốc 1/45÷1/50 - Tháp đĩa lỗ ống chảy chuyền: Than tháp hình trụ, bên có nhiều đĩa,trên đĩa khoan nhiều lỗ rãnh.Các lỗ có đường kính 2-8 mm,các tạo nhiều ghép với tạo khe hở 3-4 mm, chiều dài rãnh lên đến 150 mm GVHD: Phan Thị Quyên Hạ Mai Hương TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN HÓA CÔNG So sánh ưu nhược điểm bốn loại tháp: Tháp đệm Tháp chóp - Cấu tạo đơn -Làm việc giản chắn,ổn định - Hiệu suất cao bề mặt tiếp xúc - Năng suất lớn lớn Ưu điểm Tháp đĩa lỗ ống chảy chuyền Tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền -Cấu tạo đơn -Cấu tạo đơn giản giản,tốn nguyên liệu -Trở lực tháp nhỏ -Trở lực tháp nhỏ -Bề mặt tiếp -Bề mặt tiếp xúc - Trở lực tháp - Bề mặt tiếp xúc pha lớn nên pha lớn nên có không lớn xúc pha lớn có hiệu cao hiệu cao - Giới hạn làm - Giới hạn làm -Giới hạn làm -Làm việc việc tương đối việc rộng việc tương chất lỏng bẩn rộng rộng khí bẩn -có khả tự động hóa điều khiển tự động -Giới hạn làm việc tương đối rộng Nhược điểm - Khó làm ướt - Tốn đệm lượng,giá thành cao - Nếu tháp cao phân phối -Cấu tạo phức chất lỏng không tạp,chế tạo khó -Khó vận hành -Đòi hỏi người vận hành phải có trình độ cao -Trở lực lớn Tháp chưng luyện phong phú kích cỡ ứng dựng Các tháp lớn thường sử dụng công nghệ lọc hóa dầu Đường kính tháp phụ thuộc vào lượng pha lỏng lượng pha khí, độ tinh khiết sản phẩm Mỗi loại tháp chưng lại có cấu tạo riêng, có ưu điểm nhược điểm khác nhau, ta phải chọn loại tháp cho phù hợp với hỗn hợp cấu tử cần chưng tính toàn kích cỡ thết bị cho phù hợp với yêu cầu II GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP ĐƯỢC CHƯNG LUYỆN: GVHD: Phan Thị Quyên Hạ Mai Hương TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN HÓA CÔNG BENZEN 2.1 Theo phân tích quang phổ góc liên kết nguyên tử benzen 120 °, liên kết C-C (140 pm), lớn liên kết đôi đơn lẻ nhỏ liên kết đơn (136 pm 147 pm) Điều giải thích qua thuyết lai hoá obitan sau: phân tử benzen, nguyên tử C trạng thái lai hoá sp liên kết với với nguyên tử H thành mặt phẳng phân tử benzen, obitan p vuông góc với mặt phẳng không liên kết thành cặp mà liên kết với thành hệ liên hợp Do mà liên kết đôi benzen thường bền so với hợp chất có liên kết đôi khác, dẫn đến tính chất đặc trưng mà người ta gọi tính thơm 2.1.1 Tính chất vật lý Là hợp chất mạch vòng, dạng lỏng không màu có mùi thơm nhẹ.Công thức phân tử C6H6 Benzen không phân cực, tan tốt dung môi hữu Benzen không phân cực tan nước Trước người ta thường sử dụng benzen làm dung môi Tuy nhiên sau người ta phát nồng độ benzen không khí cần thấp khoảng 1ppm có khả gây bệnh bạch cầu, nên ngày benzen sử dụng hạn chế 2.1.2 Khối lượng phân tử 78,11 Tỷ trọng (200C):0,879 Nhiệt độ sôi: 80,1°C Nhiệt độ nóng chảy: 5,5°C Độ hòa tan nước: 1,79 g/l (25°C) Độ nhớt:0,65Cp 20°C Tính chất hóa học Phản ứng a Phản ứng halogen hóa Khi có bột sắt, benzen tác dụng với brom khan tạo thành brombenzen khí hiđro bromua GVHD: Phan Thị Quyên Hạ Mai Hương TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI b ĐỒ ÁN HÓA CÔNG Phản ứng nitro hóa Benzen tác dụng với hỗn hợp HNO3 đặc H2SO4 đậm đặc tạo thành nitrobenzen: * Nitrobenzen tác dụng với hỗn hợp axit HNO3 bốc khói H2SO4 đậm đặc đồng thời đun nóng tạo thành m−đinitrobenzen c Quy tắc vòng benzen Khi vòng benzen có sẵn nhóm ankyl (hay nhóm −OH, −NH , −OCH[SUB]3[/SUB], ), phản ứng vào vòng dễ dàng ưu tiên xảy vị trí ortho para Ngược lại, vòng benzen có sẵn nhóm −NO[SUB] 2[/SUB] (hoặc nhóm −COOH, −SO[SUB]3[/SUB]H, ) phản ứng vào vòng khó ưu tiên xảy vị trí meta d Cơ chế phản ứng vòng benzen Phân tử halogen phân tử axit nitric không trực tiếp công Các tiểu phân mang điện tích dương tạo thành tác dụng chúng với xúc tác tác nhân công trực tiếp vào vòng benzen Ví dụ: Phản ứng cộng -Benzen không làm màu dung dịch brom (không cộng với brom) hiđrocacbon không no Khi chiếu sáng, benzen cộng với clo thành C 6H6Cl6 -Khi đun nóng có xúc tác Ni Pt, benzen cộng với hiđro thành xicloankan, thí dụ: GVHD: Phan Thị Quyên Hạ Mai Hương TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN HÓA CÔNG C6H6 + 3H2 → C6H12 Phản ứng oxi hóa Benzen không tác dụng với KMnO4 (không làm màu dung dịch KMnO4) Nhận xét: benzen tương đối dễ tham gia phản ứng thế, khó tham gia phản ứng cộng bền vững với chất oxi hóa 2.1.3 Điều chế Đi từ nguồn thiên nhiên Thông thường hidrocacbon điều chế phòng thí nghiệm, thi lượng lớn phương pháp chưng cất than đá, dầu mỏ… o Đóng vòng đêhiđro hóa ankan o Các ankan tham đóng vòng dehidro hóa tạo thành hidrocacbon thơm nhiệt độ cao có mặt xúc tác Cr 2O3 hay kim loại chuyển tiếp Pd Pt o Al2 03 / Cr2 03   → o CH3(CH2)4CH3 C6H6 Dehidro hóa cycloankan Các cycloankan bị dehidro hóa nhiệt đọ cao với có mặt chất xúc tác kim loại chuyển tiếp tạo thành benzen hay dẫn xuất benzen Pd Pt / → o C6H12 C6H6 Đi từ axetylen Đun axetylen có mặt xúc tác than hoạt tính hay phức Niken Ni(CO)[(C6H5)P] thu benzen 3C2H2 2.1.4 xt → C6H6 Ứng dụng Benzen nguyên liệu quan trọng công nghiệp hóa hữu Nó dùng nhiều chất để tổng hợp monome sản xuất polime làm chất dẻo, cao su, tơ sợi (chẳng hạn polistiren, cao su buna-stiren, tơ capron) Từ benzen người ta điều chế nitrobenzen, anilin, phenol dùng để tổng hợp phẩm nhuộm, dược phẩm,thuốc trừ dịch hại 2.2 TOLUEN 2.2.1 Cấu trúc phân tử Là hợp chất mạch vòng, dạng lỏng có tính thơm, công thức phân tử tương tự benzen có gắn them nhóm - CH3 Không phân cực Toluen tan tốt benzen GVHD: Phan Thị Quyên Hạ Mai Hương TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN HÓA CÔNG Toluen có tính chất tương tự benzen độc tính thấp nhiều, nên ngày thường sử dụng thay cho benzen làm dung môi phòng thí nghiệm công nghiệp Tính chất vật lý - Khối lượng phân tử: 92,13 - Tỷ trọng (200C):0,866 - Nhiệt độ sôi: 111°C - Nhiệt độ nóng chảy: -95°C - Độ hòa tan nước: 0,053 g/100ml (25°C) - Độ nhớt:0,59 Cp 20°C 2.2.3 Tính chất hóa học 2.2.2 Phản ứng a Phản ứng halogen hóa Toluen phản ứng nhanh benzen tạo hỗn hợp hai đồng phân ortho para * Nếu không dùng Fe mà chiếu sáng (as) Br cho H nhánh Nhóm C6H5CH2 gọi nhóm benzyl, nhóm C6H5 gọi nhóm phenyl b Phản ứng nitro hóa Toluen tham gia phản ứng nitro hóa dễ dàng benzen (chỉ cần HNO đặc, không cần HNO3 bốc khói) tạo thành sản phẩm vào vị trí ortho para: GVHD: Phan Thị Quyên Hạ Mai Hương TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN HÓA CÔNG ρA = 781,77 (kg/m3) ρB = 777,71 (kg/m3) Vậy khối lượng riêng trung bình hỗn hợp là: (Kg/m3) → → ρ = 777,803 kg/m3 Khối lượng sản phẩm đáy : W = 8759,43 kg/ h Lưu lượng thể tích hỗn hợp đầu: V= W ρW = = 3,128.10-3 (m3/s) Chọn tốc độ sản phẩm đáy w = 0,3 m/s Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu : d = = 0,115 m Quy chuẩn d = 125 mm, theo bảng XIII.32- STQTTB tập II -434, chiều dài ống bên l = 120 mm Tốc độ thực tế hỗn hợp đầu : wtt = = = 0,255 m/s IV.2.5 Đường kính ống dẫn ngưng tụ hồi lưu Lượng ngưng tụ hồi lưu là: GR = P.Rx = 4740,57.2,669 = 12652,58 kg/h = 3,515 kg/s Nhiệt độ ngưng tụ hồi lưu: tR = tP = 80,612oC Khối lượng riêng hỗn hợp lỏng tính theo công thức : aP − aP = + ρ ρA ρB [I_5] Tra theo bảng I.2- STQTB tập I- trang 10 ,nội suy ta được: ρA = 814,328 (kg/m3) ρB = 807,388 (kg/m3) Vậy khối lượng riêng trung bình hỗn hợp là: GVHD: Phan Thị Quyên Hạ Mai Hương TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN HÓA CÔNG (Kg/m3) → → ρ = 814,167 kg/m3 Lưu lượng thể tích hỗn hợp đầu: = = 4,317 10-3 (m3/s) Chọn tốc độ sản phẩm đáy w = 0,3 m/s Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu : d = = 0,135 m Quy chuẩn d = 150 mm, theo bảng XIII.32- STQTTB tập II -434, chiều dài ống bên l = 130 mm Tốc độ thực tế hỗn hợp đầu : wtt = = = 0,2444 m/s IV.2.6 Đường kính ống sản phẩm đáy hồi lưu Lượng sản phẩm đáy hồi lưu: g’1 = 210,065 kmol/h Nhiệt độ sản phẩm đáy t = tW = 109,358oC Lưu lượng thể tích sản phẩm đáy hồi lưu: V= g 1' 22,4.( 273 + t W ) 273 = = 1,831 (m3/s) Chọn tốc độ sản phẩm đáy hồi lưu là: ω = 25 (m/s) Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu : d = = 0,279 m Quy chuẩn d = 300 mm, theo bảng XIII.32- STQTTB tập II -434, chiều dài ống bên l = 140 mm Tốc độ thực tế hỗn hợp đầu : wtt = = = 25,92 m/s IV.3 Tính đáy nắp thiết bị Đáy nắp thiết bị bộn phận quan trọng thiết bị thường chế tạo loại vật liệu với thân tháp Vì tháp làm việc áp suất thường thân trụ hàn nên ta GVHD: Phan Thị Quyên Hạ Mai Hương TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN HÓA CÔNG chọn đáy nắp thiết bị hình elip có gờ, lắp với thân cách ghép bích,ở tâm có đục lỗ để lắp ống để lấy sản phẩm, thiết bị thẳng đứng có P> 7.10 IV.3.1 Chiều dày nắp Theo STQTTB tập II trang 385: Sn = Dt Pn D t +C 3,8.[σ ].ϕ h k − Pn 2.hb Trong : Po = Pth + P1 = 348652,96 + 134335,307 = 482988,267 ( N/m2) [σ ] ϕh : Ứng suất cho phép ( N/ m2 ) : Hệ số bền mối hàn hướng tâm k : Hệ số hiệu chỉnh hb : Chiều cao phần lồi nắp ( m ) C : Hệ số hiệu chỉnh C = 1,8 10 -3 m có tăng thêm chút tùy thuộc chiều dày : Thêm mm S – C ≤ 10 mm Thêm mm 10 mm < S – C < 20 mm • Theo STQTTB II _ 382 : Chiều cao phần lồi nắp, với Dt = m  hb = 0,25.Dt = 0,25.1,8 = 0,45 m ϕh • : Hệ số bền mối hàn hướng tâm có Chọn hàn theo phương pháp hàn tay hồ quang điện, kiểu hàn giáp mối hai bên Tra II _ 362 ϕh = 0,95 Pn = Ptháp = 348652,96 [ N / m2 ] • k=1- k hệ số không thứ nguyên, xác định: d Dt [ II _ 385 ] GVHD: Phan Thị Quyên Hạ Mai Hương TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN HÓA CÔNG Với d đường kính lớn ( hay kích thước lớn lỗ hình tròn ), lỗ không tăng cứng Do đường kính ống có đáy nắp khác nên ta phải tính hệ số k nắp đáy Ở nắp: đường kính ống tháo sản phẩm đỉnh d = 300(mm) ⇒ k=1– Ta có : = 0,833 [σ ] Ở nắp: = = 146,67.106 (N/m2) = 332,902 > 30 Nên ta bỏ qua mẫu số công thức tính chiều dày nắp Sn = Vậy chiều dày nắp: S= +C Dt Pn D t +C 3,8.[σ ].ϕ h k 2.hb = 2,846 10-3 + C S – C = 2,846 10-3 = 2,846 mm Ta thấy S – C < 10 mm nên ta phải tăng C lên mm, C = 3,8 mm Do S = 2,846 + 3,8 = 6,646 mm Chọn S = mm • Kiểm tra áp suất thành áp suất thử thủy lực theo công thức : [D σ = ] + 2.hb ( S − C ) Po σ C ≤ 7,6.k ϕ h hb ( S − C ) 1,2 t N/ m2 [ STQTTB II _ 386 ] Po = Pth + P1 = 348652,96 + 134335,307 = 482988,267 ( N/m2) σ = = 137,83.106 (N/m2) σ Ta thấy = 137,83.106 N/m2 < Vậy chiều dày nắp S = mm GVHD: Phan Thị Quyên σ c 220.10 = = 183,33.10 1.2 1,2 thỏa mãn điều kiện bền Hạ Mai Hương TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN HÓA CÔNG IV.3.2 Chiều dày đáy Theo STQTTB tập II trang 385: Sn = Dt Pn D t +C 3,8.[σ ].ϕ h k − Pn 2.hb Trong : Po = Pth + P1 = 348652,96 + 134335,307 = 482988,267 ( N/m2) [σ ] ϕh : Ứng suất cho phép ( N/ m2 ) : Hệ số bền mối hàn hướng tâm k : Hệ số hiệu chỉnh hb : Chiều cao phần lồi nắp ( m ) C : Hệ số hiệu chỉnh C = 1,8 10 -3 m có tăng thêm chút tùy thuộc chiều dày : Thêm mm S – C ≤ 10 mm Thêm mm 10 mm < S – C < 20 mm • Theo STQTTB II _ 382 : Chiều cao phần lồi đáy, với Dt = m  hb = 0,25.Dt = 0,25.1,8 = 0,45 m ϕh • : Hệ số bền mối hàn hướng tâm có Chọn hàn theo phương pháp hàn tay hồ quang điện, kiểu hàn giáp mối hai bên Tra II _ 362 ϕh = 0,95 Pn = Ptháp = 348652,96 [ N / m2 ] • k=1- k hệ số không thứ nguyên, xác định: d Dt [ II _ 385 ] GVHD: Phan Thị Quyên Hạ Mai Hương TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN HÓA CÔNG Với d đường kính lớn ( hay kích thước lớn lỗ hình tròn ), lỗ không tăng cứng Do đường kính ống có đáy nắp khác nên ta phải tính hệ số k đáy nắp Ở đáy: đường kính ống tháo sản phẩm đáy d = 150(mm) ⇒ k = – = 0,967 Ta có : [σ ] Ở đáy : = 146,67.106 (N/m2) = = 386,45 > 30 Nên ta bỏ qua mẫu số công thức tính chiều dày đáy Sn = Vậy chiều dày đáy: S= +C Dt Pn D t +C 3,8.[σ ].ϕ h k 2.hb = 2,451 10-3 + C S – C = 2,451 10-3 = 2,451 mm Ta thấy S – C < 10 mm nên ta phải tăng C lên mm, C = 3,8 mm Do S = 2,451 + 3,8 = 6,251 mm Chọn S = mm • σ = Kiểm tra áp suất thành áp suất thử thủy lực theo công thức : [D ] + 2.hb ( S − C ) Po σ C ≤ 7,6.k ϕ h hb ( S − C ) 1,2 t N/ m2 [ STQTTB II _ 386 ] Po = Pth + P1 = 348652,96 + 134335,307 = 482988,267 ( N/m2) σ = = 118,73.106 (N/m2) GVHD: Phan Thị Quyên Hạ Mai Hương TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN HÓA CÔNG σ c 220.10 = = 183,33.10 1.2 1,2 σ Ta thấy = 118,73.106 N/m2 < Vậy chiều dày nắp S = mm thỏa mãn điều kiện bền Tra bảng XIII.11 [II-384] : Có chiều cao gờ 25 mm Khối lượng nắp mn = 232 Kg Khối lượng đáy mđ = 232 Kg Vậy nắp đáy có thông số sau DL = DC = 1,8 m hb = 450 mm h = 25 mm Sn = Sđ = mm Tra bảng II_382 ta bề mặt F = 3,65 m2 IV.4 Chọn mặt bích IV.4.1 Bích để nối than thiết bị, nắp đáy Bích phận quan trọng dùng để nối phần thiết bị phận khác với thiết bị Có nhiều kiểu bích khác tháp làm việc áp suất thường nên ta chọn kiểu bích liền thép kiểu I để nối với thân Để nối thân tháp nắp đáy ta dùng mặt bích liền thép không gỉ với đường kính tháp Dt = 1800(mm), áp suất py=0,3.106N/m2 Tra bảng XIII.27- STT2 trang 423: Py.106 Dt N/m2 Mm D Db D1 D0 db H z C¸i 0,3 1800 GVHD: Phan Thị Quyên 1950 1900 1860 1815 M24 35 48 Hạ Mai Hương TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN HÓA CÔNG Bước bích khoảng cách bích, tra bảng IX.5 trang 170 ST QT&TB tập ta có số đĩa mặt bích đĩa, đĩa ta bố trí mặt bích bước bích 7.0,6 = 4,200(m) ⇒Số bích đoạn luyện = = 1,8095 cặp bích Làm tròn cặp bích ⇒Số bích đoạn chưng = = 2,2857 cặp bích Làm tròn thành cặp bích Vậy tổng số cặp bích tháp là: + + = (cặp bích) Trong cặp bích để nối nắp đáy tháp với thân tháp IV.4.2 Bích để nối ống dẫn với thiết bị Để nối ống dẫn với thân thiết bị ta dùng kiểu bích liền kim loại đen Tra bảng XIII.26 trang 409 ST QT&TB tập tra có bảng số liệu bích cho loại ống với áp suất 0,25.106 at( chọn bích kiểu I) Tên ống Dy Dn D Dδ D1 db H Mm Sản phẩm đỉnh z C¸i 300 325 435 395 365 M20 22 12 Hồi lưu sản phẩm 150 đỉnh 159 260 225 202 M16 16 Ống dẫn liệu 150 159 260 225 202 M16 16 Sản phẩm đáy 125 133 235 200 278 M16 14 Hồi lưu sản phẩm 300 đáy 325 435 395 365 M20 22 12 GVHD: Phan Thị Quyên Hạ Mai Hương TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI IV.5 ĐỒ ÁN HÓA CÔNG Tính khối lượng tháp G = GT + GN-Đ + GB + Gbl + GĐ + GÔ + GL ( Kg ) Trong : GT : Khối lượng thân tháp trụ ( kg ) GN-Đ : Khối lượng nắp đáy tháp ( kg ) GB : Khối lượng bích ( kg ) Gbl : Khối lượng bulông nối bích ( kg ) GĐ : Khối lượng đĩa tháp ( kg ) GÔ : Khối lượng ống chảy chuyền ( kg ) GL : Khối lượng chất lỏng điền đầy tháp ( kg) IV.5.1 Khối lượng thân tháp trụ Khối lượng riêng thép không gỉ X18H10T ρT = 7,9.103 kg/ m3 Đường kính thân tháp Dt = 1,8 m Chiều dày thân tháp mm Chiều cao thân tháp H = 17,2 m  Khối lượng thân tháp : GT = = 17,2.7,9.103 = 1923,63 kg IV.5.2 Khối lượng nắp đáy Theo thông số nắp đáy chọn : Bề mặt nắp, đáy tháp tra theo II _ 382, ta F = 3,65 m Chiều dày nắp, đáy tháp lấy chung S = mm Khối lượng nắp đáy tháp : GN-Đ = mn + mđ = 232 +232 = 464 kg GVHD: Phan Thị Quyên Hạ Mai Hương TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN HÓA CÔNG IV.5.3 Khối lượng bích Các thông số bích chọn : Đường kính bích Dt = 1,8 m Đường kính bích D = 1950 m m Chiều dày bích : h = 0,035 m Số bích : n= cặp ⇒ 12 Khối lượng bích : [ → GB = ] π D − D 2t h.ρ T n = 0,035.7,9.103.12 = 1465,847 kg IV.5.4 Khối lượng bulông nối bích Với cặp bích, cặp cần 48 bulong loại M24 ( khối lượng 0,15 kg/cái ) Khối lượng bulông nối bích : Gbl = 48 0,15 = 43,2 kg IV.5.5 Khối lượng đĩa tháp Theo thông số đĩa chọn : Đường kính đĩa : D = 1,8 m Chiều dày đĩa δ = 0,005 m Số đĩa 30 đĩa Khối lượng đĩa tháp : GĐ = π D δ ρ T n = 0,005.7,9.103.30 = 3015,46 kg IV.5.6 Khối lượng ống chảy chuyền Khối lượng ống chảy truyền : GVHD: Phan Thị Quyên Hạ Mai Hương TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI [ mÔ = ĐỒ ÁN HÓA CÔNG ] π ( DÔ + S ) − DÔ2 hÔ ρ T Tháp có 30 đĩa ( 13 đĩa luyện 17 đĩa chưng) đĩa lắp ống chảy chuyền Số ống chảy chuyền 30 ống ∙ Đoạn chưng: mÔ = 0,4.7,9.103 = 7,16 kg ∙ Đoạn luyện: mÔ = 0,4.7,9.103 = 5,59 kg Khối lượng ống chảy chuyền : GÔ = nÔ mÔ = 7,16.17 + 5,59.13 = 194,39 kg IV.5.7 Khối lượng chất lỏng điền đầy tháp Khối lượng riêng trung bình pha lỏng tháp: ρx = 796,146 kg/ m3 GL = H.ρx = 17,2.796,146 = 34846,25 kg → Khối lượng tháp : G = 1923,63 +464 + 1465,847 + 43,2 + 3015,46 + 194,39 + 34846,25 = 41952,777 kg IV.6 Tính tai treo Trọng lượng tháp P = G g = 41952,777 9,81 = 411556,7 kg Chọn chân đỡ tai treo, tải trọng lên tai treo giá đỡ 6.104 (N) => Các thông số tai treo (Kiểu VIII trang 438 ST QT&TB tập 2) Tải trọng cho phép F.104 trên1 tai treo q.10-6 6.104 N/m2 m2 GVHD: Phan Thị Quyên L B B1 H S mm L a d Khối lượng tai treo kg Hạ Mai Hương TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 451 1,33 230 200 ĐỒ ÁN HÓA CÔNG 205 350 12 100 25 34 13,2 Chọn tai treo thiết bị thẳng đứng hình vẽ : Chọn lót tai treo thép Chiều dày Tải trọng tối thiểu cho phép thành thiết trên1 tai bị không treo có lót Chiều dày tối thiểu H thành thiết bị có lót B SH 340 mm 6.10 20 IV.7 10 550 Tính chân đỡ Chọn chân thép chân GVHD: Phan Thị Quyên Hạ Mai Hương TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Tải trọng cho phép trên1 chân đỡ 6.104 F.104 q.10-6 L B ĐỒ ÁN HÓA CÔNG B1 B2 H h S L d 450 226 18 110 34 mm 711 0,84 300 240 260 370 KẾT LUẬN Loại tháp: tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyển.với suất 3,75 kg/s Đường kính tháp : D = 1,8 (m) Số đĩa lí thuyết : N = 14 đĩa Số đĩa thực tế : N = 30 đĩa Chiều cao tháp : H = 17,2 (m) Với quy trình công nghệ tính toán ta thấy lượng nhiệt đáng kể cần giải ngưng tụ sản đỉnh, giải nhiệt sản phẩm đỉnh giải nhiệt cho sản phẩm đáy chưa tận dụng để gia nhiệt cho dòng nhập liệu Nhưng trình tính toán để gia nhiệt cho dòng nhập liệu tới trạng thái lỏng sôi tận dụng nhiệt chưa đủ để gia nhiệt tới lỏng sôi phải tốn thêm thiết bị, đường ống… làm tăng chi phí phân xưởng Vấn đề tận dụng nhiệt vấn đề thực tế quan tâm, giải pháp để cao hiệu trình tiết kiệm lượng, giới hạn thời gian, khả kinh nghiệm thực tế nên em chưa phân tích tính toán đánh giá mức trình Đồ án môn học môn học tổng GVHD: Phan Thị Quyên Hạ Mai Hương TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN HÓA CÔNG hợp mang lại cho em nhiều kinh nghiệm để tính toán thiết kể hoàn chỉnh trình sản xuất LỜI CẢM ƠN Sau thời gian cố gắng tìm, đọc, tra cứu số tài liệu tham khảo, với giúp đỡ tận tình thầy cô giáo khoa Công nghệ hóa đặc biệt cô giáo Phan Thị Quyên, em hoàn thành nhiệm vụ thiết kế giao Qua trình tiến hành này, em rút số nhận xét sau: - Việc thiết kế tính toán hệ thống chưng luyện việc làm phức tạp, tỉ mỉ lâu dài Nó yêu cầu người thiết kế phải có kiến thức thực sâu trình chưng luyện mà phải biết số lĩnh vực khác như: cấu tạo thiết bị phụ khác, quy định vẽ kỹ thuật, … - Các công thức tính toán không gò bó môn học khác mà mở rộng dựa giả thiết điều kiện, chế độ làm việc thiết bị Bởi tính toán, người thiết kế tính toán đến số ảnh hưởng điều kiện thực tế, nên đem vào hoạt động, hệ thống làm việc ổn định Không có vậy, việc thiết kế đồ án môn học trình thiết bị giúp em củng cố thêm kiến thức trình chưng luyện nói riêng trình khác nói chung; nâng cao kỹ tra cứu, tính toán, xử lý số liệu; biết cách trình bầy theo văn phong khoa học nhìn nhận vấn đề cách có hệ thống Việc thiết kế đồ án môn học “quá trình thiết bị công nghệ hóa chất thực phẩm” hội cho sinh viên ngành hóa nói chung thân em nói riêng làm quen với công việc kỹ sư hóa chất GVHD: Phan Thị Quyên Hạ Mai Hương TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN HÓA CÔNG Để hoàn thành nhiệm vụ thiết kế giao, em xin chân thành cảm ơn cô giáo Phan Thị Quyên người hướng dẫn em từ đầu đồ án tới em kết thúc giúp em hoàn thành tốt nhiệm vụ thiết kế mình.Mặc dù cố gắng để hoàn thành tốt nhiệm vụ, song hạn chế tài liệu, kinh nghiệm thực tế, nên không tránh khỏi thiếu sót trình thiết kế Em mong thầy cô xem xét dẫn thêm Em xin chân thành cảm ơn SinhViên Hạ Mai Hương TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất thực phẩm - tập ( nhà xuất khoa học kỹ thuật) 2.Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất thực phẩm – tập ( nhà xuất khoa học kỹ thuật) Tính toán trình – thiết bị công nghệ hóa chất thực phẩm ( nhà xuất khoa học kỹ thuật) Một số đồ án trang web: Thiết bị hóa chất.com Hauionline.com GVHD: Phan Thị Quyên Hạ Mai Hương [...]... Trong đó: r1: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa rđ: ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử hỗn hợp hơi ra đỉnh tháp x1=xF=0,3968 - phần mol Từ bảng cân bằng lỏng hơi và nhiệt độ của hỗ hợp 2 cấu tử Benzen và Toluen ở 1at (II-147), kết hợp với công thức nội suy ta có nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu: Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đỉnh: Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đáy: Ta có: GVHD: Phan Thị Quyên... CÔNG 2 Phản ứng oxy hóa Toluen bị KMnO4 oxi hóa thành kali benzoat, sau đó tiếp tục cho tác dụng với axit benzoic 2.2.4 Điều chế Từ benzen ta có thể điều chế được các dẫn xuất của benzen như toluen bằng phản ứng Friedel – Crafts ( phản ứng ankyl hóa benzen bằng các dẫn xuất ankyl halide với sự có mặt của xúc tác AlCl3 C6H6 + CH3 – Cl 2.2.5 AlCl3  → C6H5 – CH3 Ứng dụng - Toluen được dùng để sản xuất... đổi nồng độ phần khối lượng sang nồng độ phần mol I.2 = Áp dụng công thức: x aA MA aA a + B MA MB phần mol [VIII.1 – II.126] Trong đó: aA ,aB : nồng độ phần khối lượng của benzen và toluen MA, MB : khối lượng mol phân tử của benzen và toluen Với MA = 78 Kg/Kmol • • • I.3 ; MB = 92 Kg/Kmol XF = = = 0,3968 (kmol/kmol) XP = = = 0,9804 (kmol/kmol) Xw = = = 0,027 (kmol/kmol) Khối lượng mol trung bình Áp dụng... (trinitrotoluen) Benzen, toluen và các xilen còn được dùng nhiều làm dung môi… 2.3 Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất: 2.3.1 Dây chuyền sản xuất: GVHD: Phan Thị Quyên Hạ Mai Hương TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN HÓA CÔNG N íc 6 3 N íc l¹nh 5 7 H¬i ®èt N íc N íc l¹nh 4 9 11 N íc ng ng H¬i ®èt 11 2 1 N íc ng ng 10 8 Hình 1.1 Sơ đồ dây chuyền công nghê chưng luyện liên tục CHÚ THÍCH: 1 Thùng chứa hỗn hợp. .. lượng như sau : (II) Trong đó: r’1 : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng xw : thành phần cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy r1 : ẩn nhiệt hóa hơi của hôn hợp đi vào đĩa trên cùng của đoạn chưng Ta có : • Tính r1 GVHD: Phan Thị Quyên Hạ Mai Hương TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN HÓA CÔNG Ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa trên cùng đoạn chưng bằng ẩn nhiệt hóa hơi... GVHD: Phan Thị Quyên Hạ Mai Hương TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN HÓA CÔNG r1 = rA.y1+(1-y1).rB rđ = rA.yđ+(1-yđ).rB rA: ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử benzen nguyên chất rB: ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử toluen nguyên chất Xác định ẩm nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi đỉnh tháp: Áp dụng công thức nội suy: Từ tF=95,309 0C tra bảng I.212 – STQTTB T1 – 254, nội suy ta được: kcal/kg = 7123,038 kcal/kmol... [IX.16 – II.144] Trong đó: - G là lượng hỗn hợp đầu đi vào tháp (kg / h) - G là lượng sản phẩm đỉnh (kg / h) - G là lượng sản phẩm đáy (kg / h) • Phương trình cân bằng vật liệu đối với cấu tử dễ bay hơi: GVHD: Phan Thị Quyên Hạ Mai Hương TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN HÓA CÔNG G.aF = G.aP + G.aW (2) [IX.17 – II.144] Trong đó: aF : Nồng độ nước trong hỗn hợp đầu aP: Nồng độ nước trong sản phẩm đỉnh... (Sổ tay QT & TBCNHC – 2 trang 147 ) ta có thành phần cân bằng lỏng hơi của benzen – toluen được cho theo bảng sau : x ( % phần mol) 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 y ( % 0 phần mol) 11,8 21,4 38 51,1 61,9 71,2 79 85,4 91 95,9 100 t ( 0C) 108,3 106,1 102,2 98,6 95,2 92,1 89,4 86,8 84,4 82,3 80,2 110,6 Tính chỉ số hồi lưu thích hợp - - Chỉ số hồi lưu càn lớn thì lượng nhiệt tiêu thụ ở đáy tháp càng nhiều... luyện ADCT : = [ kg/ m3 ] Trong đó : : khối lượng riêng trung bình pha lỏng ở đoạn luyện [ kg/ m3 ] ρ xtb1 ρ xtb 2 , : khối lượng riêng trung bình của benzen và toluen trong pha lỏng lấy theo nhiệt độ trung bình [ kg/ m3 ] atbL: phần khối lượng trung bình của benzen trong pha lỏng = 0,6675(phần khối lượng) Nồng độ trung bình của pha lỏng trong đoạn luyện: = 0,6886 phần mol Với xtbL = 0,6886 phần mol, nội... ĐỒ ÁN HÓA CÔNG Trong đó: ρ xtbC : Khối lượng riêng trung bình pha lỏng ở đoạn chưng [kg/m3 ] ρ xtb1 ρ xtb 2 , : Khối lượng riêng trung bình của benzen và toluen trong pha lỏng lấy theo nhiệt độ trung bình [ kg/ m3 ] atb1: Phần khối lượng trung bình của cấu tử toluen trong pha lỏng = 0,1905 phần khối lượng Nồng độ trung bình của pha lỏng trong đoạn chưng = 0,2119 phần mol Với phần mol, nội suy từ số liệu ... H2SO4 m c to thnh nitrobenzen: * Nitrobenzen tỏc dng vi hn hp axit HNO3 bc khúi v H2SO4 m c ng thi un núng thỡ to thnh minitrobenzen c Quy tc th vũng benzen Khi vũng benzen ó cú sn nhúm ankyl... phõn t tng t nh benzen cú gn them nhúm - CH3 Khụng phõn cc ú Toluen tan tt benzen GVHD: Phan Th Quyờn H Mai Hng TRNG H CễNG NGHIP H NI N HểA CễNG Toluen cú tớnh cht tng t nh benzen nhng c tớnh... ng ankyl húa benzen bng cỏc dn xut ankyl halide vi s cú mt ca xỳc tỏc AlCl3 C6H6 + CH3 Cl 2.2.5 AlCl3 C6H5 CH3 ng dng - Toluen c dựng sn xut thuc n TNT (trinitrotoluen) Benzen, toluen v cỏc