THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC HỖN HỢP ACID ACETIC-BENZEN

ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC HỖN HỢP ACID ACETIC-BENZEN, VỚI CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU GD=550KG/H, NỒNG ĐỘ ĐẦU CỦA NGUYÊN LIỆU XF ,SẢN PHẨM ĐỈNH XP , SẢN PHẨM ĐÁ

ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC HỖN HỢP ACID ACETIC-BENZEN, VỚI CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU GD=550KG/

H, NỒNG ĐỘ ĐẦU CỦA NGUYÊN LIỆU XF ,SẢN PHẨM ĐỈNH XP , SẢN PHẨM ĐÁY

XW LẦN LƯỢT(40, 95, 0.50)%MOL

MỞ ĐẦU

Chưng luyện là một trong các quá trình hay dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp lỏngđồng nhất gồm các cấu tử có nhiệt độ sôi rất khác nhau, dễ bay hơi có tính chất hòa tan mộtphần hoặc hòa tan hoàn toàn vào nhau Việc thiết kế hệ thống chưng luyện, với mục đích làtách benzene ra khỏi hổn hợp acid acetic-benzen là một trong các nhiệm vụ của kỹ sư nghànhcông nghệ hóa học Vậy thì vì sao việc chưng luyện là cần thiết?

Ngày nay cùng với sự phát triển vượt bậc của nền công nghiệp thế giới và nước nhà,các ngành công nghiệp cần rất nhiều hóa chất có độ tinh khiết cao để phục vụ cho sản xuất vàchế tạo ra những sản phẩm tốt nhất và đạt chất lượng cũng như sự an toàn

Trước hết chúng ta hãy nhìn lại ứng dụng riêng biệt của từng hợp chất hữu cơ sau:Acid acetic là một loại acid quan trọng nhất trong các loại acid hữu cơ Nó rẻ nênđược ứng dụng rộng rãi và là hóa chất cơ bản để điều chế nhiều hợp chất quan trọng Acidacetic được ứng dụng trong các nghành: Làm dấm ăn, đánh đông mủ cao su, làm chất dẻo tơlụa xeluloza acetat, làm phim ảnh không nhạy lửa, làm chất kết dính polyvinyl acetat, làmphẩm màu, dược phẩm, nước hoa tông hợp

Benzen được dùng làm dung môi tốt cho nhiều chất như Iôt, Lưu huỳnh, chất béo,…

Về mặt ứng dụng nó được dùng để điều chế nitro benzene, anilin, tổng hợp phẩm nhuộm,dược phẩm… Clobenzen là dung môi tổng hợp DDT, hexacloaran (thuốc trừ sâu) stiren(monomer để tổng hợp chất dẻo) và nhiều sản phẩm quan trọng khác

Page 1

Hỗn hợp lỏng đồng nhất gồm các cấu tử hòa trộn vào nhau sẻ không có tác dụng hayứng dụng gì trong từng nghành, từng lĩnh vực cũng như trong đời sống Nhưng khi tách riêngcác cấu tử có trong hỗn hợp thì mỗi một chất có một tác dụng riêng và ứng dụng riêng.Vì thế,việc chưng luyện liên tục hợp chất axit acetic-benzene là rất cần thiết, Nó sẽ tạo ra những hơpchất có độ tinh khiết cao, đáp ứng được nhu cầu của từng ngành Khi độ tinh khiết càng caothì giúp nâng cao chất lượng của sản phẩm cũng như nâng cao giá trị và phạm vi sử dụng làmcho giá thành càng cao.

Không những thế, hướng tới mục đích thiết kế quá trình và thiết bị công nghệ tronglĩnh vực chưng luyện là một trong những mục tiêu mà em hướng tới trong quá trình học tậpcủa mình

Vì thế đề tài “Thiết kế hệ thống chưng luyện acid acetic-benze” của môn “Đồ án mônhọc quá trình thiết bị” cũng là một bước giúp cho em cũng như các bạn sinh viên khác tậpluyện và chuẩn bị cho việc tính toàn, thiết kế quá trình và thiết bị công nghệ trong lĩnh vựcnày

Chính vì những lí do như trên nên em chọn đề tài là “Tính Toán Và Thiết Kế HệThống Chưng Luyện Liên Tục Hỗn Hợp acid acetic-benzen với các số liệu ban đầu

GD=550kg/h, nồng độ đầu của nguyên liệu XF, sản phẩm đỉnh XP, sản phẩm đáy XW lần lượt là(40, 95, 0.50)%mol”

Với mục đích và ý nghĩa như trên nên đề tài của đồ án môn học này gồm 3 phần:

 Chương 1: Tổng quan lý thuyết.

 Chương 2: Tính cân bằng vật chất.

 Chương 3: Tính cân bằng năng lượng.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

1.1:Tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm

1.1.1: giới thiệu về acid axetic

Tên gọi:Axit axetic còn có tên gọi là etanoic

Công thức cấu tạo: Là một hợp chất hữu cơ với công thức hóa học CH3CO2H(cũng viết là CH3COOH) Nó là một acid quan trọng nhất trong các loại acid hữu cơ

Tính chất vật lý:Axit axetic là chất lỏng, không màu, vị chua, tan vô hạn trong

nước, cồn, ete,benzene, axeton và trong chloroform, chúng hoàn toàn không tan trong

CS2, sôi ở 118°c khối lượng phân tử là 60,5 khi không pha loãng cũng được gọi là acid acetic băng Axit axetic là thành phần chính của dấm(ngoài nước), và có một hương vị

chua và mùi hăng đặc biệt

Về mặt hóa học: Mặc dù nó được phân loại như là một axit yếu, axit axetic đậm

đặc ăn mòn nhiều kim loại, và tấn công da Rất bền với các chất oxy hóa như acidchromic và permanganate.Axit axetic là một axit cacboxylic đơn giản nhất, là thuốc thửhóa học và hóa chất công nghiệp Axit axetic có thể tạo các phản ứng hóa học đặc

Page 3

trưng của nhóm axit cacboxylic như tạo ra nước và ethanoat kim loại khi phản ứng

với kiềm, Axit axetic tạo ra ethanoat kim loại khi phản ứng với kim loại; và tạo ra ethanoat kim loại, nước và cacbon dioxit khi CH3COOH phản ứng với các cacbonat và bicacbonat Phản ứng đặc trưng nhất của Axit axetic là tạo

thành ethanol, và tạo thành các dẫn xuất như axetylclorua bằng cách thay thế nhóm

-OH bởi -Cl Các dẫn xuất thay thế khác như anhydrit axetic, anhydrit này được tạo ra

theo phản ứng trùng ngưng tách phân tử nước từ hai phân tử của axit axetic Các este của nó tương tự có thể được tạo ra bởi este hóa, và các amit Khi nung trên 440°C, axit axetic phân hủy tạo ra cacbon dioxit và metan, hoặc tạo ra ethenon và nước Axit axetic có thể được nhận biết bởi mùi đặc trưng của nó Phản ứng biến đổi màu đối với các muối của axit axetic là cho tác dụng với

dungdịch sắt(III) clorua, phản ứng này tạo ra màu đỏ đậm sau khi axit hóa

Ứng dụng:chủ yếu được sử dụng trong sản xuất của cellulose acetate chủ yếu

cho phim ảnh và polyvinyl acetate gỗ keo , cũng như và các loại vải sợi tổng hợp phaloãng axit axetic thường được sử dụng trong đại lý tẩy cặn Trong ngành công nghiệp

thực phẩm, acid acetic được sử dụng theo mã phụ gia thực phẩm E260 là một điềuchỉnh độ chua và như một thứ gia vị Làm giấm ăn, làm đong đặc nhựa mủ cao su, làm

chất dẻo sợi xenluloza axetat- làm phim ảnh không nhạy lữa, chất màu, dung môi hữu

cơ, tổng hợp chất dẻo tơ sợi

Hình 1.1.1: dấm dùng để bảo quản thực phẩm

1.1.2:Benzen

BenzenBenzen là một hợp chất hữu cơ có công thức hoá học C₆H₆

Về tính chất vật lý: Benzen là một hyđrocacbon vòng thơm, trong điều kiện bình

thường là một chất lỏng không màu, mùi dịu ngọt dễ chịu, dễ cháy Benzen tan rất kémtrong nước và rượu, tan nhiều trong các dung môi hữu cơ đồng thời là một dung môitốt cho nhiều chất như Iôt (I2), lưu huỳnh (S), chất béo ,t0s= 80,1°C ở 1 at, đông đặc ở

t0đ=5,50C, tỷ khối d20

4= 0,879

Về mặt hóa học: Benzen là một hợp chất vòng bền vững, tương đối dễ tham gia

phản ứng thế, khó tham gia các phản ứng cộng, OXH Đặc tính hóa học này gọi là tínhthơm

Về ứng dụng: dùng điều chế nitro benzen, anilin, tổng hợp phẩm nhuộm, dược

phẩm , Clobenzen là dung môi tổng hợp DDT, hexacloaran (thuốc trừ sâu)

Page 5

Stiren (monome để tổng hợp chất dẻo) và nhiều sản phẩm quan trọng khác Benzencòn được dùng làm dung môi

Nguồn cung cấp Benzen cho công nghiệp là nhựa chưng cất, than đá, hexan vàtoluen của dầu mỏ Khi nung than béo ở nhiệt độ cao để luyện than cốc được nhựa than

đá Trong nhựa than đá có chứa rất nhiều các chất hữu cơ khác nhau khi chưng cấtphân đoạnthu được Benzen

Hình 1.1.2:sáp có chứa benzene

Cả acid axetic và Benzen đều đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp hóa học

1.2: Tổng quan về chưng luyện

1.2.1: Định nghĩa chưng luyện:

Chưng luyện liên tục hỗn hợp acid axetic-benzen trong công nghệ hóa học cónhiều phương pháp để phân riêng hỗn hợp hai hay nhiều cấu tử tan một phần hay hoàntoàn vào nhau như : hấp thụ, hấp phụ, li tâm, trích li, chưng Mỗi phương pháp đều cónhững đặc thù riêng và những ưu nhược điểm nhất định Việc lựa chọn phương pháp

và thiết bị cho phù hợp tuỳ thuộc vào hỗn hợp ban đầu, yêu cầu sản phẩm và điều kiệnkinh tế Đối với hỗn hợp acid axetic-Benzen là hỗn hợp hai cấu tử tan hoàn toàn vàonhau theo bất kỳ tỷ lệ nào có nhiệt độ sôi khác biệt nhau thì phương án tối ưu để táchhỗn hợp trên là chưng luyện

Chưng luyện là phương pháp tách cấu tử ra khỏi hỗn hợp lỏng đồng nhất dựa vào

độ bay hơi khác nhau giữa các cấu tử (nghĩa là ở cùng một nhiệt độ áp suất hơi của cáccấu tử sẽ khác nhau) bằng cách thực hiện quá trình chuyển pha và trao đổi nhiệt giữahai pha lỏng, khí Khi chưng luyện hai hay nhiều cấu tử ta chỉ thu được hai sản phẩm.Nếu xét hệ đơn giản chỉ có 2 hệ cấu tử thì ta thu được 2 sản phẩm: Sản phẩm đỉnh thuđược gồm cấu tử có độ bay hơi lớn, một phần cấu tử có độ bay hơi thấp hơn Còn sảnphẩm đáy thu được chủ yếu là cấu tử khó bay hơi và một phần cấu tử dễ bay hơi Ở đâydung môi và chất tan đều bay hơi

1.2.2: Các phương pháp chưng luyện:

Được phân loại theo:

Áp suất làm việc: chưng cất áp suất thấp, áp suất thường và áp suất cao Nguyên

tắc của phương pháp này là dựa vào nhiệt độ sôi của các cấu tử, nếu nhiệt độ sôi củacác cấu tử quá cao thì ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi của các cấu tử.Chưng luyện ở áp suất chân không dùng cho hỗn hợp lỏng dễ bị phân hủy ở nhiệt

độ cao và các hỗn hợp có nhiệt độ sôi quá cao

Page 7

Chưng luyện ở áp xuất thường áp dụng cho hệ lỏng có nhiệt độ sôi trung bình.Chưng luyện ở áp suất cao áp dụng cho hệ khí cò nhiệt độ sôi thấp.

Nguyên lý làm việc: liên tục, gián đoạn(chưng đơn giản).

Chưng cất đơn giản (gián đoạn): phương pháp dùng để tách sơ bộ và làm sạchcác cấu tử khỏi tạp chất (yêu cầu các cấu tử có độ bay hơi khác xa nhau), đuợc sử dụngtrong các trường hợp sau:

 Khi nhiệt độ sôi của các cấu tử khác xa nhau

 Không 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

Chưng cất hỗn hợp hai cấu tử (dùng thiết bị hoạt động liên tục) là quá trình đượcthực hiện liên tục, nghịch dòng, nhều đoạn

Phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp: cấp nhiệt trực tiếp bằng hơi nước: thườngđược áp dụng trường hợp tách các hỗn hợp gồm các chất khó bay hơi và tạp chất khôngbay hơi, hợp chất được tách không tan trong nước

Chưng chân không: trong trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi của cấu tử

Vậy: đối với hệ acid axetic-benzen, ta chọn phương pháp chưng luyện liên tục

cấp nhiệt gián tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường

Chưng luyện: là phương pháp phổ biến nhất dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp

các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan một phần hay hòa tan hoàn toàn vào nhau

Về thực chất đây là quá trình chưng nhiều lần để thu được sản phẩm tinh khiết.Người

ta đơn giản hệ thống bằng cách thay cả hệ thống sơ đồ thiết bị phải chế tạo phức tạp vàcồng kềnh bởi một tháp gọi là tháp chưng luyện Trong đó các dòng pha chuyển độngngược chiều nhau

Quá trình chưng luyện được thực hiện trong thiết bị loại tháp làm việc liên tục

Trong đó:

Tháp đệm là một tháp hình trụ gồm nhiều đoạn nối với nhau bằng mặt bích hayhàn Trong tháp người ta đổ đầy đệm, tháp đệm được ứng dụng rộng rãi trong côngnghệ hóa học để hấp thụ, chưng luyện, làm lạnh Tháp đệm có thể làm việc ở áp suấtthường, áp suất chân không, làm việc theo phương thức tiếp xúc liên tục

Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, trở lực thấp có bề mặt tiếp xúc pha lớn, do đó hiệu

xuất phân tách rất cao đệm có nhiều loại có kích thước khác nhau, khi kích thước càngnhỏ thì tăng bề mặt tiếp xúc làm tăng trở lực nên hơi qua khó nhưng triệt để, ngược lại

Nhược điểm:khó làm ướt đều đệm, Nếu tháp quá cao thì phân phối chất lỏng

không đồng đều Để khắc phục, chia đệm thành nhiều tầng có đặt thêm đĩa phân phốichất lỏng đối với mỗi tầng .nhưng nâng xuất thấp vì trong tháp phần lớn thể tích đệmchiếm phần lớn.ngoài ra có độ ổn định kém và thiết bị nặng

Tháp đĩa đục lổ có ống chảy chuyền: là tháp đĩa lưới hình trụ, bên trong cónhiều đĩa lưới hay lỗ và trên đĩa có đục nhiều lỗ tròn, vị trí các lỗ có đường kính 3-12mm được bố trí trên các đỉnh tam giác, bước lổ bằng 2,5 đến 5 lần đường kính

Ưu điểm: hiệu xuất tương đối cao, hoạt động khá ổn định, làm việc với chất lỏng

bẩn

Nhược điểm: trở lực khá lớn, yêu cầu lắp đặt khắt khe lắp đĩa thật phẳng.

Tháp đĩa chop (có ống chảy chuyền): gồm nhiều tầng đĩa, trên mổi đĩa có lắpnhiều chóp, chóp dạng tròn hay một dạng khác,có rãnh xung Giữa chóp có ống hơi đểhơi đi lên đồng thời trên đĩa có ống chảy chuyền để lỏng đi xuống.tháp đĩa làm việctheo phương thức tiếp xúa từng bậc

Ưu điểm: hiệu xuất cao và làm việc ổn định.

Nhược điểm: cấu tạo phức tạp, không làm việc với chất lỏng bẩn và trở lực lớn.

Page 9

 Nhận xét: tháp đĩa đục lỗ là trạng thái trung gian giữa tháp đệm và tháp đĩa

chóp Nên ta chọn tháp chưng luyện là tháp đĩa đục lỗ

Vậy: Chưng luyện hỗn hợp acid axetic-benzen ta dùng tháp đĩa đục lỗ hoạt động

liên tục ở áp suất thường, cấp nhiệt gián tiếp ở đáy tháp

1.3 BIỆN LUẬN CHO SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ

1.3.1: Biện luận các thông số nhiệt độ:

Nhiệt độ lưu trữ của hỗn hợp nguyên liệu đầu nhỏ hoặc lớn hơn nhiệt độ của môitrường thì phải tốn một lượng chi phí để gia nhiệt hoặc làm mát Cụ thể là trong trườnghợp nhỏ hơn nhiệt độ của môi trường thì cần phải tốn một lượng hơi đốt để gia nhiệtcho dung dịch, ngược lại phải tốn một lượng nước lạnh để làm nguội dung dịch vì vậy

ta chọn nhiệt độ lưu trữ hỗn hợp nguyên liệu đầu là nhiệt độ môi trường khoảng 29ᵒC

Nhiệt độ điểm sôi là nhiệt độ mà hỗn hợp bắt đầu sôi (trong quá trình sôi nhiệt độđiểm sôi sẻ tăng lên)

Nhiệt độ điểm sôi: Trước khi đi vào tháp, hỗn hợp nguyên liệu sẽ được gia nhiệt

đến nhiệt độ điểm sôi Nhiệt độ điểm sôi cao hay thấp phụ thuộc vào nguyên liệu vànồng độ ban đầu của hỗn hợp nguyên liệu trước khi vào tháp, với hệ acid axetic-benzen

có nồng độ ban đầu XF = 40%, ta có nhiệt độ sôi của hỗn hợp sẽ là 90,3ᵒC ( Sổ tay quátrình thiết bị -tang149)

Nhiệt độ sôi là nhiệt độ dùng cho một chất nguyên chất( trong quá trình sôi nhiệt

độ sôi không đổi)

Nhiệt độ ngưng tụ(hơi-lỏng) ở đỉnh tháp là nhiệt độ sôi của cấu tử dể bay hơi, ởđây là nhiệt độ của benzene là 80,1ᵒC

Nhiệt độ sôi ra ở đáy tháp là nhiệt độ sôi của cấu tử khó bay hơi ứng với nhiệt độsôi của acid axetic đã nêu ở phần tính chất vật lý là 118ᵒC.

Nhiệt độ điểm sương là nhiệt độ tại đó giọt lỏng đầu tiên xuất hiện

1.3.2: Quy tắc làm việc:

Hỗn hợp acid axetic_ Benzen là một hỗn hợp lỏng hòa tan hoàn toàn vào nhautheo mọi tỷ lệ Ta có ts acid axetic=118 ᵒC > tS Benzen = 80.1ᵒC nên độ bay hơi của benzenlớn hơn độ bay hơi của acid axetic Vậy nên sản phẩm đáy chủ yếu là acid axetic vàmột phần rất ít benzen, ngược lại sản phẩm đỉnh lại chủ yếu là benzen và một phần rất

ít là acid axetic

1.3.3: Cấu tạo và Sơ đồ công nghệ:

Hệ thống thiết bị công nghệ chưng luyện liên tục tổng quát gồm có :

Tháp chưng luyện gồm có 2 phần: phần trên gồm từ trên đĩa tiếp liệu trở lên đỉnhgọi là đoạn luyện, phần dưới gồm từ đĩa tiếp liệu trở xuống gọi là đoạn chưng.Thiết bịđun nóng dùng để đun nóng hỗn hợp đầu: Sử dụng thiết bị loại ống chùm, dùng hơinước bão hoà để đun nóng vì nó có hệ số cấp nhiệt lớn, ẩn nhiệt ngưng tụ cao Hơinước bão hoà đi ngoài ống, lỏng đi trong ống.Thùng cao vị Bộ phận đun bốc hơi đáytháp, có thể đặt trong hay ngoài tháp Ở đây ta cũng sử dụng hơi nước bão hoà để đunvới hơi đi trong ống lỏng đi ngoài ống Thiết bị ngưng tụ hoàn toàn, nước lạnh đi trongống.Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh.Thùng chứa sản phẩm đỉnh.Thùng chứa sản phẩmđáy.Thùng chứa hỗn hợp đầu.ở đây Sử dụng máy bơm ly tâm vì Máy bơm ly tâm khá

đa dạng nó có thể bơm nhiều chất lỏng khác nhau từ nước tới xăng dầu cho tới các hỗnhợp chất lỏng và chất rắn Hiêu suất làm việc của máy bơm khá khỏe và tương đối cao,máy có chi tiết phù hợp với công việc di chuyển

Page 11

1- Thùng chứa hỗn hợp đầu 2- Bơm

3- Thùng cao vị 4- Thiết bị gia nhiệt hỗn hợpđầu 5- Tháp chưng luyện 6- Thiết bị ngưng tụ hồi lưu 7- Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh 8- Thùng chứa sản phẩm đỉnh 9- Thiết bị gia nhiệt đáy tháp 10- Thùng chứa sản phẩm đáy 11- Thiết bị tháo nước ngưng

1.3.4: thuyết minh sơ đồ công nghệ:

Hỗn hợp đầu acid axetic-benzen từ thùng chứa (1) được bơm (2) bơm liên tục lênthùng cao vị (3) Sự có mặt của thùng cao vị đảm bảo cho lượng hỗn hợp đầu vào thápkhông dao động, trong trường hợp công suất bơm quá lớn hỗn hợp đầu sẽ theo ốngtuần hoàn tràn về bể chứa hỗn hợp đầu Từ thùng cao vị, hỗn hợp đầu (được điều chỉnhnhờ van và lưu lượng kế) qua thiết bị đun nóng dung dịch (4), tại đây dung dịch đượcgia nhiệt bằng hơi nước bão hoà đến nhiệt độ điểm sôi Sau đó, dung dịchra khỏi thiết

bị đun nóng và được đưa vào tháp chưng luyện tại vị trí đĩa tiếp liệu

Do dung dịch đã dược đun nóng đến nhiệt độ điểm sôi nên tại đây benzene thựchiện quá trình chuyển khối từ pha lỏng sang pha hơi và tiến về đỉnh tháp Acid axetic làcấu tử khó bay hơi, ở nhiệt độ này nó vẫn đang ở thể lỏng và phân phối xuống dưới đáytháp Như vậy, ở trong tháp hơi benzene xuyên qua các lỗ đĩa đi từ dưới lên tiếp xúcvới lỏng acid-axetic đi qua các lỗ đĩa rơi xuống, qua mổi lần tiếp xúc giữa lỏng hơi ởcác tầng đĩa thì nồng độ cấu tử nhẹ tăng lên đồng thời nồng độ của dung dịch giảmxuống Theo chiều cao tháp nhiệt độ cấu tử dễ bay hơi giảm dần và ngược lại nhiệt độcấu tử khó bay hơi tăng dần Cuối cùng, ở đỉnh tháp ta sẽ thu được giàu cấu tử dễ bayhơi(benzene) còn ở đáy tháp ta sẽ thu được hỗn hợp lỏng có thành phần cấu tử khó bayhơi(acid axetic) Để tăng khả năng tách và duy trì pha lỏng trong các đĩa ở đoạn luyệnbằng cách người ta bổ sung bằng dòng hồi lưu được ngưng tụ từ hơi đỉnh tháp Hơiđỉnh tháp được ngưng tụ nhờ thiết bị ngưng tụ hoàn toàn (6), dung dịch lỏng thu đượcsau khi ngưng tụ một phần được dẫn hồi lưu trở lại đĩa luyện trên cùng để duy trì phalỏng trong các đĩa đoạn luyện, phần còn lại được đưa qua thiết bị làm lạnh (7) để đi vào

bể chứa sản phẩm đỉnh (8) Chất lỏng ở đáy tháp được tháo ra ở đáy tháp, đưa vào thiết

bị đun sôi lại(9) Trong nồi đun dung dịch lỏng một phần sẽ bốc hơi cung cấp lại chotháp để tiếp tục làm việc, phần còn lại ra khỏi nồi đun được đưa vào bồn chứa sảnphẩm đáy(10).Ở đây sử dụng thiết bị đun sôi lại nhằm tách triệt để cấu tử nhẹ(benzene)

và thu được sản phẩm có độ tinh khiết cao(acid axetic), ngược lại sử dụng thiết bịngưng tụ nhằm tách triệt để cấu tử nặng(acid axetic) để thu được sản phẩm có độ tinhkhiết cao(benzene).

Nước ngưng của các thiết bị gia nhiệt được tháo qua thiết bị tháo nước ngưng(11) Để tiết kiệm hơi đốt người ta có thể dùng hơi ở đỉnh tháp để đun nóng hỗn hợpban đầu

Như vậy, thiết bị làm việc liên tục (hỗn hợp đầu đưa vào liên tục và sản phẩmcũng được lấy ra liên tục)

Page 15

CHƯƠNG 2 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

2.1 Các thông số

Gọi:

 N: lưu lượng mol

 G: lưu lượng khối lượng

Quy ước:

A: là cấu tử nhẹ (benzen)

B: là cấu tử nặng (acid axetic)

Trong hỗn hợp acid axetic-benzen thì benzen là cấu tử dể bay hơi, acid axetic là cấu tử khó bay hơi, ta có:

Nhiệt độ sôi của đáy tháp=118°C

2.2 Tính cân bằng vật liệu theo lưu lượng khối lượng

Ta có phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp:

GF = GP+ GW (1)

Phương trình cân bằng vật liệu riêng phần viết cho cấu tử dể bay hơi(benzen) :

Page 17

Vậy ta có được lưu lượng khối lượng của sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy lần lượt

là: 263.62(kg/h), 286.38(kg/h).

Dựa vào nồng độ phần khối lượng của từng cấu tử, lưu lượng khối lương có tronghỗn hợp nguyên liệu đầu, sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy vừa mới tính được có để tínhlưu lượng khối lượng từng cấu tử như sau:

2.3 Tính cân bằng vật liệu theo lưu lượng mol

Có 2 cách để tính:

Cách 1: Tính cân bằng vật liệu theo lưu lượng khối lượng

Áp dụng công thức: N=G/M NF=GF/MF

Lưu lượng mol hỗn hợp đầu:

Từ khối lượng mol và nồng độ phần mol của từng cấu tử của hỗn hợp nguyên liệuđầu ta tính được khối lượng mol ở hỗn hợp nguyên liệu đầu:

MF=MA*xFA + MB*xFB = MA*xFA + MB*(1- xFA) =78*0.4+60*(1-0.4)=67.2(kg/mol)

Vậy ta có lưu lượng mol ở hỗn hợp nguyên liệu đầu là:

NF=GF/MF= 550/67.2=8.185(kmol/h)

Từ lưu lượng mol đã tính ở trên và nồng độ phần mol của từng cấu tử trong hỗnhợp nguyên liệu đầu đã biết, tính được lưu lượng mol của từng cấu tử trong hỗn hợpnguyên liệu đầu:

NFA= NF*xFA=8.185*0.4=3.274 (kmol/h)

NFB= NF*(1-xFA) = 8.185 *(1-0.4)=4.911(kmol/h)

Vậy lưu lượng mol của benzen và acid axetic trong hỗn hợp nguyên liệu đầu lần

lượt là: 3.274 (kmol/h), 4.911(kmol/h).

Lưu lượng mol sản phẩm đỉnh:

Từ khối lượng mol và nồng độ phần mol của từng cấu tử trong sản phẩm đỉnh tatính được khối lượng mol ở sản phẩm đỉnh:

MP=MA*xPA + MB*xPB = MA*xPA + MB*(1- xPA) = 78*0.95+60*(1-0.95)=77.1(kg/mol)

Vậy ta có lưu lượng mol của sản phẩm đỉnh là:

Lưu lượng mol của sản phẩm đáy:

Từ khối lượng mol và nồng độ phần mol của từng cấu tử có trong sản phẩm đáy tatính được khối lượng mol ở sản phẩm đáy:

MW=MA*xWA + MB*xWB = MA*xWA + MB*(1- xWA) = 78*0.005 +60*(1-0.005)=60.1(kg/mol)

Vậy ta có lưu lượng mol ở sản phẩm đáy là:

Vậy lưu lượng mol của benzen và acid axetic trong sản phẩm đáy lần lượt là:

0.024(kmol/h), 4.75(kmol/h).

Cách 2: Tính cân bằng vật liệu theo phương trình cân bằng liệu

Lưu lượng mol của hỗn hợp nguyên liệu đầu đã tính được ở cách 1 và nồng độ phầnmol đã biết nên ta có hệ:

Vậy lưu lượng mol của hỗn hợp nguyên liệu đầu, sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy

lần lượt là: 8.185(kmol/h), 3.42(kmol/h) và 4.77(kmol/h).

Bảng2.3: cân bằng vật liệu tính theo lưu lượng mol(N)

Gọi : PA: khối lượng riêng của benzen

PB: khối lượng riêng của acid axetic

Dựa vào bảng trong sổ tay quá trình thiết bị -tập 1 và theo phương pháp nội suy tatinh được:

Bảng 2.4.1: khối lượng riêng của benzen và acid axetic

2.5:Xác định số đĩa thực tế theo phương pháp đồ thị:

2.5.1:Vẽ đường cong cân bằng lỏng hơi y-x và đồ thị t-x-y theo thực nghiệm

Page 25

Để tính gần đúng ta có thể lấy chỉ số hồi lưu làm việc bằng:

Rx=(1.2-2.5)* Rxmin (công thức IX 25a sổ tay qua trình thiết bị tập 2 trang 158)Hay Rx=1.3* Rxmin+0.3 (IX 25b sổ tay qua trình thiết bị tập 2 trang 159)

Vậy Rx=1.3*0.57+0.3=1.043

2.5.3: phương trình các đường làm việc:

a Phương trình các đường làm việc của đoạn luyện:

Y=R x +1 R x ∗x + x p

R x +1=

1.0431.043+ 1x+

0.951.043+1=0.51 x+ 0.465

Page 27