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 ĐÁY XW LẦN LƯỢT(40, 95, 0.50)%MOL MỞ ĐẦU Chưng luyện trình hay dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp lỏng đồng gồm cấu tử có nhiệt độ sôi khác nhau, dễ bay có tính chất hòa tan phần hòa tan hoàn toàn vào Việc thiết kế hệ thống chưng luyện, với mục đích tách benzene khỏi hổn hợp acid acetic-benzen nhiệm vụ kỹ sư nghành công nghệ hóa học Vậy việc chưng luyện cần thiết? Ngày với phát triển vượt bậc công nghiệp giới nước nhà, ngành công nghiệp cần nhiều hóa chất có độ tinh khiết cao để phục vụ cho sản xuất chế tạo sản phẩm tốt đạt chất lượng an toàn Trước hết nhìn lại ứng dụng riêng biệt hợp chất hữu sau: Acid acetic loại acid quan trọng loại acid hữu Nó rẻ nên ứng dụng rộng rãi hóa chất để điều chế nhiều hợp chất quan trọng Acid acetic ứng dụng nghành: Làm dấm ăn, đánh đông mủ cao su, làm chất dẻo tơ lụa xeluloza acetat, làm phim ảnh không nhạy lửa, làm chất kết dính polyvinyl acetat, làm phẩm màu, dược phẩm, nước hoa tông hợp Benzen dùng làm dung môi tốt cho nhiều chất Iôt, Lưu huỳnh, chất béo,… Về mặt ứng dụng dùng để điều chế nitro benzene, anilin, tổng hợp phẩm nhuộm, dược phẩm… Clobenzen dung môi tổng hợp DDT, hexacloaran (thuốc trừ sâu) stiren (monomer để tổng hợp chất dẻo) nhiều sản phẩm quan trọng khác Page Hỗn hợp lỏng đồng gồm cấu tử hòa trộn vào sẻ tác dụng hay ứng dụng nghành, lĩnh vực đời sống Nhưng tách riêng cấu tử có hỗn hợp chất có tác dụng riêng ứng dụng riêng.Vì thế, việc chưng luyện liên tục hợp chất axit acetic-benzene cần thiết, Nó tạo hơp chất có độ tinh khiết cao, đáp ứng nhu cầu ngành Khi độ tinh khiết cao giúp nâng cao chất lượng sản phẩm nâng cao giá trị phạm vi sử dụng làm cho giá thành cao Không thế, hướng tới mục đích thiết kế trình thiết bị công nghệ lĩnh vực chưng luyện mục tiêu mà em hướng tới trình học tập Vì đề tài “Thiết kế hệ thống chưng luyện acid acetic-benze” môn “Đồ án môn học trình thiết bị” bước giúp cho em bạn sinh viên khác tập luyện chuẩn bị cho việc tính toàn, thiết kế trình thiết bị công nghệ lĩnh vực Chính lí nên em chọn đề tài “Tính Toán Và Thiết Kế Hệ Thống Chưng Luyện Liên Tục Hỗn Hợp acid acetic-benzen với số liệu ban đầu GD=550kg/h, nồng độ đầu nguyên liệu XF, sản phẩm đỉnh XP, sản phẩm đáy XW (40, 95, 0.50)%mol” Với mục đích ý nghĩa nên đề tài đồ án môn học gồm phần: • • • Chương 1: Tổng quan lý thuyết Chương 2: Tính cân vật chất Chương 3: Tính cân lượng Page CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1:Tổng quan nguyên liệu sản phẩm 1.1.1: giới thiệu acid axetic Tên gọi:Axit axetic có tên gọi etanoic Công thức cấu tạo: Là hợp chất hữu với công thức hóa học CH 3CO2H (cũng viết CH3COOH) Nó acid quan trọng loại acid hữu Tính chất vật lý:Axit axetic chất lỏng, không màu, vị chua, tan vô hạn nước, cồn, ete,benzene, axeton chloroform, chúng hoàn toàn không tan CS2, sôi 118°c khối lượng phân tử 60,5 không pha loãng gọi acid acetic băng Axit axetic thành phần dấm(ngoài nước), có hương vị chua mùi hăng đặc biệt Về mặt hóa học: Mặc dù phân loại axit yếu, axit axetic đậm đặc ăn mòn nhiều kim loại, công da Rất bền với chất oxy hóa acid chromic permanganate.Axit axetic axit cacboxylic đơn giản nhất, thuốc thử hóa học hóa chất công nghiệp Axit axetic tạo phản ứng hóa học đặc Page trưng nhóm axit cacboxylic tạo nước ethanoat kim loại phản ứng với kiềm, Axit axetic tạo ethanoat kim loại phản ứng với kim loại; tạo ethanoat kim loại, nước cacbon dioxit CH3COOH phản ứng với cacbonat bicacbonat Phản ứng đặc trưng Axit axetic tạo thành ethanol, tạo thành dẫn xuất axetylclorua cách thay nhóm -OH -Cl Các dẫn xuất thay khác anhydrit axetic, anhydrit tạo theo phản ứng trùng ngưng tách phân tử nước từ hai phân tử axit axetic Các este tương tự tạo este hóa, amit Khi nung 440°C, axit axetic phân hủy tạo cacbon dioxit metan, tạo ethenon nước Axit axetic nhận biết mùi đặc trưng Phản ứng biến đổi màu muối axit axetic cho tác dụng với dungdịch sắt(III) clorua, phản ứng tạo màu đỏ đậm sau axit hóa Page Ứng dụng:chủ yếu sử dụng sản xuất cellulose acetate chủ yếu cho phim ảnh polyvinyl acetate gỗ keo , loại vải sợi tổng hợp pha loãng axit axetic thường sử dụng đại lý tẩy cặn Trong ngành công nghiệp thực phẩm, acid acetic sử dụng theo mã phụ gia thực phẩm E260 điều chỉnh độ chua 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 hợp chất hữu có công thức hoá học C₆H₆ Về tính chất vật lý: Benzen hyđrocacbon vòng thơm, điều kiện bình thường chất lỏng không màu, mùi dịu dễ chịu, dễ cháy Benzen tan nước rượu, tan nhiều dung môi hữu đồng thời dung môi tốt cho nhiều chất Iôt (I 2), lưu huỳnh (S), chất béo ,t 0s= 80,1°C at, đông đặc t0đ=5,50C, tỷ khối d204= 0,879 Page Về mặt hóa học: Benzen hợp chất vòng bền vững, tương đối dễ tham gia phản ứng thế, khó tham gia phản ứng cộng, OXH Đặc tính hóa học gọi tính thơm Về ứng dụng: dùng điều chế nitro benzen, anilin, tổng hợp phẩm nhuộm, dược phẩm , Clobenzen dung môi tổng hợp DDT, hexacloaran (thuốc trừ sâu) Stiren (monome để tổng hợp chất dẻo) nhiều sản phẩm quan trọng khác Benzen dùng làm dung môi Nguồn cung cấp Benzen cho công nghiệp nhựa chưng cất, than đá, hexan toluen dầu mỏ Khi nung than béo nhiệt độ cao để luyện than cốc nhựa than đá Trong nhựa than đá có chứa nhiều chất hữu khác chưng cất phân đoạnthu Benzen Page Hình 1.1.2:sáp có chứa benzene Cả acid axetic Benzen đóng vai trò quan trọng công nghiệp hóa học 1.2: Tổng quan chưng luyện 1.2.1: Định nghĩa chưng luyện: Chưng luyện liên tục hỗn hợp acid axetic-benzen công nghệ hóa học có nhiều phương pháp để phân riêng hỗn hợp hai hay nhiều cấu tử tan phần hay hoàn toàn vào : hấp thụ, hấp phụ, li tâm, trích li, chưng Mỗi phương pháp có đặc thù riêng ưu nhược điểm định Việc lựa chọn phương pháp thiết bị cho phù hợp tuỳ thuộc vào hỗn hợp ban đầu, yêu cầu sản phẩm điều kiện kinh tế Đối với hỗn hợp acid axetic-Benzen hỗn hợp hai cấu tử tan hoàn toàn vào theo tỷ lệ có nhiệt độ sôi khác biệt phương án tối ưu để tách hỗn hợp chưng luyện Chưng luyện phương pháp tách cấu tử khỏi hỗn hợp lỏng đồng dựa vào độ bay khác cấu tử (nghĩa nhiệt độ áp suất cấu tử khác nhau) cách thực trình chuyển pha trao đổi nhiệt hai pha lỏng, khí Khi chưng luyện hai hay nhiều cấu tử ta thu hai sản phẩm Nếu xét hệ đơn giản có hệ cấu tử ta thu sản phẩm: Sản phẩm đỉnh thu gồm cấu tử có độ bay lớn, phần cấu tử có độ bay thấp Còn sản phẩm đáy thu chủ yếu cấu tử khó bay phần cấu tử dễ bay Ở dung môi chất tan bay 1.2.2: Các phương pháp chưng luyện: Được phân loại theo: Áp suất làm việc: chưng cất áp suất thấp, áp suất thường áp suất cao Nguyên tắc phương pháp dựa vào nhiệt độ sôi cấu tử, nhiệt độ sôi cấu tử cao ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi cấu tử Page Chưng luyện áp suất chân không dùng cho hỗn hợp lỏng dễ bị phân hủy nhiệt độ cao hỗn hợp có nhiệt độ sôi cao Chưng luyện áp xuất thường áp dụng cho hệ lỏng có nhiệt độ sôi trung bình Chưng luyện 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 làm cấu tử khỏi tạp chất (yêu cầu cấu tử có độ bay khác xa nhau), đuợc sử dụng trường hợp sau: • • • • Khi nhiệt độ sôi cấu tử khác xa Không 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 cất hỗn hợp hai cấu tử (dùng thiết bị hoạt động liên tục) trình thực liên tục, nghịch dòng, nhều đoạn Phương pháp cấp nhiệt đáy tháp: cấp nhiệt trực tiếp nước: thường áp dụng trường hợp tách hỗn hợp gồm chất khó bay tạp chất không bay hơi, hợp chất tách không tan nước Chưng chân không: trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi cấu tử Vậy: hệ acid axetic-benzen, ta chọn phương pháp chưng luyện liên tục cấp nhiệt gián tiếp nồi đun áp suất thường Chưng luyện: phương pháp phổ biến dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp cấu tử dễ bay có tính chất hòa tan phần hay hòa tan hoàn toàn vào Về thực chất trình chưng nhiều lần để thu sản phẩm tinh khiết.Người ta đơn giản hệ thống cách thay hệ thống sơ đồ thiết bị phải chế tạo phức tạp cồng kềnh tháp gọi tháp chưng luyện Trong dòng pha chuyển động ngược chiều Page Quá trình chưng luyện thực thiết bị loại tháp làm việc liên tục hay gián đoạn Có hai loại thiết bị tháp tháp đệm tháp đĩa Trong đó: Tháp đệm tháp hình trụ gồm nhiều đoạn nối với mặt bích hay hàn Trong tháp người ta đổ đầy đệm, tháp đệm ứng dụng rộng rãi công nghệ hóa học để hấp thụ, chưng luyện, làm lạnh Tháp đệm làm việc áp suất thường, 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, hiệu xuất phân tách cao đệm có nhiều loại có kích thước khác nhau, kích thước nhỏ tăng bề mặt tiếp xúc làm tăng trở lực nên qua khó triệt để, ngược lại Nhược điểm:khó làm ướt đệm, Nếu tháp cao phân phối chất lỏng không đồng Để khắc phục, chia đệm thành nhiều tầng có đặt thêm đĩa phân phối chất lỏng tầng .nhưng nâng xuất thấp tháp phần lớn thể tích đệm chiếm phần lớn.ngoài có độ ổn định thiết bị nặng Tháp đĩa đục lổ có ống chảy chuyền: tháp đĩa lưới hình trụ, bên có nhiều đĩa lưới hay lỗ đĩa có đục nhiều lỗ tròn, vị trí lỗ có đường kính 312mm bố trí đỉnh tam giác, bước lổ 2,5 đến lần đường kính Ưu điểm: hiệu xuất tương đối cao, hoạt động ổn định, làm việc với chất lỏng bẩn Nhược điểm: trở lực lớn, yêu cầu lắp đặt khắt khe lắp đĩa thật phẳng Tháp đĩa chop (có ống chảy chuyền): gồm nhiều tầng đĩa, mổi đĩa có lắp nhiều chóp, chóp dạng tròn hay dạng khác,có rãnh xung Giữa chóp có ống để lên đồng thời đĩa có ống chảy chuyền để lỏng xuống.tháp đĩa làm việc theo phương thức tiếp xúa bậc Page Ưu điểm: hiệu xuất cao làm việc ổn định Nhược điểm: cấu tạo phức tạp, không làm việc với chất lỏng bẩn trở lực lớn  Nhận xét: tháp đĩa đục lỗ trạng thái trung gian tháp đệm tháp đĩa chóp Nên ta chọn tháp chưng luyện tháp đĩa đục lỗ Vậy: Chưng luyện hỗn hợp acid axetic-benzen ta dùng tháp đĩa đục lỗ hoạt động liên tục áp suất thường, cấp nhiệt gián tiếp đáy tháp 1.3 BIỆN LUẬN CHO SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ 1.3.1: Biện luận thông số nhiệt độ: Nhiệt độ lưu trữ hỗn hợp nguyên liệu đầu nhỏ lớn nhiệt độ môi trường phải tốn lượng chi phí để gia nhiệt làm mát Cụ thể trường hợp nhỏ nhiệt độ môi trường cần phải tốn lượng đốt để gia nhiệt cho dung dịch, ngược lại phải tốn lượng nước lạnh để làm nguội dung dịch v ậy ta chọn nhiệt độ lưu trữ hỗn hợp nguyên liệu đầu nhiệt độ môi trường khoảng 29ᵒC Nhiệt độ điểm sôi nhiệt độ mà hỗn hợp bắt đầu sôi (trong trình sôi nhiệt độ điểm sôi sẻ tăng lên) Nhiệt độ điểm sôi: Trước vào tháp, hỗn hợp nguyên liệu gia nhiệt đến nhiệt độ điểm sôi Nhiệt độ điểm sôi cao hay thấp phụ thuộc vào nguyên liệu nồng độ ban đầu hỗn hợp nguyên liệu trước vào tháp, với hệ acid axetic-benzen có nồng độ ban đầu XF = 40%, ta có nhiệt độ sôi hỗn hợp 90,3ᵒC ( Sổ tay trình thiết bị -tang149) Nhiệt độ sôi nhiệt độ dùng cho chất nguyên chất( trình sôi nhiệt độ sôi không đổi) Page 10 Lượng vào đoạn chưng g’ 1, lượng lỏng G’1, hàm lượng lỏng x’1 đoạn chưng xác định hệ phương trình cân vật liệu sau : G1′ = g1′ + GW G1′x1′ = g1′ y '1 +GW xW g1′r1′ = g n′ rn′ = g1 r1 (1) (IX-98/182.II) (2) (IX-99/182.II) (3) (IX-100/182.II) Trong : GW=286.38( kg/h) xW=0.0064( phần khối lượng) y’1 = yW = 0,152 (phần mol) = 0,118 (phần khối lượng) gl=539.19(kg/h) rl=93.9676 r’1 : ẩn nhiệt hoá hỗn hợp vào đĩa thứ đoạn chưng, xác định theo công thức trang 182.II : r1′ = rA y1′ + rB (1 − y ′) rA , rB : ẩn nhiệt hoá benzen acid axetic nhiệt độ tW = 116.44 oC Tra bảng I-212/254/I nội suy ta có: TW=116.44ᵒC T 116,44 100 140 rA 87.2531 90.5 82.6 rB 95.9314 97 94.4 rA = 87.2531 (kcal/h) = 365.311*103 (J/kg) Page 42 rB = 95.9314 (kcal/h) = 401.65*103 (J/kg) ⇒ r1′ = 87.2531 * 0.0064 + 95.9314 * (1 − 0.0064) = 95.88 (kcal/h) Ta có: G1′ = g1′ + 286 38 G1′x1′ = g1′ * 0.0064 + 286 38 * 0.0065 g1′ * 95.88 = 539.19 * 93.976 Giải hệ ta được: G1′ = 814 86 g1′ = 528.48 x1′ = 0.00644 (kg/h) (kg/h) (phần khối lượng) Vậy lượng trung bình đoạn chưng: ′ = g tbc g1 + g1′ 539.19 + 528.48 = = 533.835 (kg / h) 2 Lượng lỏng trung bình đoạn chưng: G 'tbc = G1 + G1′ 275.57 + 814 86 = = 545.215(kg / h) 2 Thành phần cân đoạn chưng: Page 43 y 'tbc = y1 + yW 0.7 + 0.0064 = = 0.3532 2 Đổi sang phần mol nên ta có: Mhh=MA* y'tbc +MB*(1- y'tbc (phần khối lượng) y 'tbc = 0.296 (phần mol) )=78*0.296+60*(1-0.296)=65.328(kg/h) b/ Khối lượng riêng trung bình pha đoạn chưng : T’: nhiêt độ làm việc trung bình đoạn chưng: T’= t F + tW 90.3 + 116.44 + 273 = + 273 = 376.37 2 (°k) Khối lượng riêng đoạn chưng tính theo công thức sau: ρ ' ytb = Mhh * 273 = 65.328 * 273/22.4 * 376.37 = 2.115 22,4.T ' (kg/m3) 102/183.II) c/ Khối lượng riêng trung bình pha lỏng đoạn luyện a' − a 'tb1 = tb1 + ρ ' xtb ρ x1 ρ x2 a'tb1 = (IX 104a) a F + aW 0.464 + 0.0065 = = 0.23525 2 ρ x1 , ρ x (phần khối lượng) : khối lượng riêng benzen acid axetic nhiệt độ Page 44 (IX- trung bình đoạn chưng 103.37oC Tra bảng I-2/9/I t°c 100 103.37 120 px1 793 788.956 769 Px2 958 951.934 922 ρ x1 = 788 956(kg / m ) ρ x = 951.934(kg / m ) a' − a 'tb1 = tb1 + ρ ' xtb ρ x1 ρ x2 Suy : ρ ' xtb = 907.817 =+ 1.102*10-3 (kg/m3) d/ Tính vận tốc trung bình đoạn chưng: Tùy thuộc vào loại tháp ta có công thức tính tốc độ khác Vì sử dụng tháp đĩa nên ta áp dụng công thức trang 187- sổ tay trình thiết bị tập 2, với hệ số chọn 0.85 Vậy vận tốc làm việc tính theo công thức : Wytb=0.85* ωgh Trong : ωgh: tôc độ giới hạn (m/s), tình theo công thức: ω gh=0.05* ( sổ tay trình thiết bị tập 2- trang 186) ρ ' xtb , ρ ' ytb : khối lượng riêng trung bình pha lỏng pha (kg/m3) ta có: ωgh=0.05* = 2.19 Page 45 vận tốc trung bình đoạn chưng là: Wytb=0.85* 2.19=1.862(m/s) tôc độ trung bình tháp là: P’ytb*Wytb=2.115*1.862=3.94(m/s) Vậy đường kính đoạn chưng : D = 0.0188* =0.0188* =0.24(m) Do đường kính đoạn chưng đoạn luyện chênh lệch không 10% nên đồng hai giá trị đường kính giá trị đường kính chuẩn Vậy chọn đường kính tháp D= 0.24( m) (theo bảng qui chuẩn cho đường kinh tháp, 359.II) 2.7 Tính chiều cao tháp: Chiều cao tháp chưng luyện tính theo công thức IX-50/168.II H = NTT(Hđ + ȣ)+(0.8: 1) (m) ∆H : chiều cao nắp đáy tháp Ở tháp làm việc áp suất thường nên ∆H = (0,4 ÷ 0,8) D = 0,6 × 0.24 = 0.144 m (Nắp đáy tháp có dạng hình elip) NTT: Số bậc thay đổi nồng độ lý thuyết:17 đĩa Hđ : khoảng cách đĩa đường kính: 0.25m ȣ: chiều dày đĩa: 8mm= 0.0008m (0.8:1): khoản cách cho phép đỉnh đáy thiết bị, chọn 0.8m Vậy chiều cao tháp là: Page 46 H=17*(0.25+0.0008)+0.8=5.0636=5.1(m) Page 47 CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG Mục đích việc tính toán cân nhiệt lượng để xác định lượng đốt cần thiết đun nóng hỗn hợp đầu, đun bốc đáy tháp xác định lượng nước làm lạnh cần thiết cho trình ngưng tụ làm lạnh Chọn nước làm chất tải nhiệt nguồn nguyên liệu rẻ tiền, phổ biến thiên nhiên có khả đáp ứng yêu cầu công nghệ Sơ đồ cân nhiệt lượng: Qy H2O H2O QR H2O QF Qxq2 Qxq1 H2O QD1 QP QD2 Qf Qng1 QW s Page 48 Qng2 Các kí hiệu: QD1 : lượng nhiệt nước cung cấp để đun nóng hỗn hợp đầu, J/h Qf : lượng nhiệt hỗn hợp đầu mang vào, J/h QF : lượng nhiệt hỗn hợp đầu mang khỏi thiết bị đun nóng, J/h Qxq1 : lượng nhiệt mát trình đun sôi, J/h Qy : lượng nhiệt mang khỏi tháp, J/h QR : lượng nhiệt lượng lỏng hồi lưu mang vào, J/h QP : nhiệt lượng sản phẩm đỉnh mang ra, J/h QD2 : nhiệt lượng cần đun nóng sản phẩm đáy, J/h QW : nhiệt lượng sản phẩm đáy mang ra, J/h Qxq2 : nhiệt lượng mát tháp chưng luyện, J/h Qng1 : nhiệt nước ngưng mang thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu, J/h Qng2 : nhiệt nước ngưng mang thiết bị đun sôi sản phẩm đáy, J/h 3.1 Lượng đốt cần cung cấp cho tháp chưng cất: 3.1.1 Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang vào: QF=F*CF*TF Trong đó: (J/h) (IX-152) F : Lượng hỗn hợp đầu, F=550 kg/h TF : Nhiệt đầu hỗn khỏi thiết bị đun nóng, TF=90.3 oC CF : Nhiệt dung riêng hỗn hợp đầu, J/kg.độ CF = a F C A + (1 − a F )C B Page 49 aF : Nồng độ phần khối lượng hỗn hợp đầu, aF=0.464( phần khối lượng) CA, CB : Nhiệt dung dung riêng benzen acid axetic 90.3oC Tra bảng 154 sổ tay trình thiết bị tập trang 172 T 90.3 80 100 CA 2078.775 2035 2120 CB 2374.71 2316 2430 Suy CF= 0.464*2078.775+(1-0.464)* 2374.71= 2237.396(J/kg.độ ) Suy : QF= 550*2237.396*90.3=111120272.3 (J/h) 3.1.2 Nhiệt lượng lỏng hồi lưu mang vào: QR = GR* CR *tR =GP*Rx* CR* tR (J/h) (IX-158) Trong đó: GR : Lượng lỏng hồi lưu, kg/h GR= GP*Rx = 263.62× 1.043= 274.96 (kg/h) Ta xem trình ngưng tụ đỉnh thành lỏng trình đẳng nhiệt tR: Nhiệt độ lỏng hồi lưu: Ta có tR = tP = 82.85 oC CR: nhiệt dung dung riêng lỏng hồi lưu: CR = a p C A + (1 − a p )C B Page 50 ap : Nồng độ phần khối lượng hỗn hợp đỉnh, ap=0.96( phần khối lượng) CA, CB : Nhiệt dung dung riêng benzen acid axetic 82.85 o C Tra bảng 154 sổ tay trình thiết bị tập trang 172 nội suy ta có: T 82.85 80 100 CA 2047.1125 2035 2120 CB 2332.245 2316 2430 => C82.85R = 0.96* 2047.1125+(1-0.96)* 2332.245=2058.52 (J/kg.độ) Do QR = 274.96 × 2058.52 × 82.85= 46893933 (J/h) 3.1.3 Nhiệt lượng sản phẩm đáy mang ra: QW = GW.CW tW , J/h (IX-160) Trong đó: GW : lượng sản phẩm đáy, kg/h GW=286.36(kg/h ) tW : nhiệt độ sản phẩm đáy, tW = 116.44 oC CW : nhiệt dung riêng sản phẩm đáy xác định theo công thức : CW = C A aW − C B (1 − aW ) aW : Nồng độ phần khối lượng hỗn hợp đáy, a W= 6.49*10-3 ( phần khối lượng) Page 51 CA, CB : Nhiệt dung dung riêng benzen acid axetic 116.44oC Tra bảng 154 sổ tay trình thiết bị tập trang 172, phương pháp nội suy ta có: T 116.44 120 100 CA 2169.32 2180 2120 CB 2516.31 2535 2430 ⇒ CW = 2169.32× 6.49*10-3 + 2516.31× (1 - 6.49*10-3 ) = 2514.06 (J/kg.độ) Vậy QW =286.36*2514.06 *116.44 = 83828209.24 (J/h) 3.1.4 Nhiệt lượng mang đỉnh tháp Qy : QY= GP*(Rx+1)* λd (J/h) (IX-159) Trong đó: λd : nhiệt lượng riêng hỗn hợp đỉnh tháp, (J/kg) GP λ d λ1 λ2 = λ1 a P + (1 − a P )λ = *a1+ *a2 λ1 λ , : lượng nhiệt riêng benben acid axetic đỉnh , J/kg a1, a2: phần khối lượng cấu tử benzen acid axetic đỉnh tháp λ1 =CA *tP+ r1 (cấu tử 1- benzen) Page 52 tP=82.85 oC CA=2047.1125 (J/kg.độ) Tra bảng I-216 sổ tay trình tập 1- trang 259 t oC r1 (kcal/kg) 82.85 25 93.67 103.57 r1= 93.67*4.1868*10 =392177.556 (J/kg) λ1 80.10 94.14 =2047.1125*82.85+392177.556=561780.8266(J/kg) λ2 =CB *tP+ r2 (cấu tử - acid axetic) tP=82.85 oC CB=2332.245 (J/kg.độ) Tra bảng I-216 sổ tay trình tập 1- trang 260 t oC 82.85 118.3 r2 (kcal/kg) 100.64 96.75 r2= 100.64*4.1868*10 =421359.552 (J/kg) λ2 140 94.37 =2332.245*82.85+421359.552=614586.1(J/kg) Suy ra: λd = λ1 a P + (1 − a P )λ = 561780.8266*0.96+ (1-0.96)* 614586.1=563893.02(J/kg) Do đó: QY= GP*(Rx+1)* λd =263.62*(1.043+1)* 563893.02=303699064.9 (J/h) 3.1.5 Lượng nhiệt trao đổi tháp: Page 53 Qtrđ =QD1- Qm= (QY+QW)-(QF+QR)= (303699064.9+83828209.24) - ( 111120272.3+ 46893933)=229513067.9 (J/h) 3.1.6 Lượng nhiệt tổn hao môi trường xung quanh: (Thường lấy 5% lượng nhiệt trao đổi tháp): Qm=5%* Qtrđ=0.05*229513067.9=11475653.4 (J/h) 3.1.7 Nhiệt lượng cung cấp cho đáy tháp QD1 lượng đốt đun nóng đáy tháp D1: Chọn đốt nước bão hòa p=1at Tra bảng I-250 trang 312 sổ tay trình thiết bị tập phương pháp nội suy ta có: P 0.862 o T C 95 -3 r (10 J/kg) 2273 Suy r = 2262.496(J/kg) 1.033 100 2260 99.04 2262.496 Ta có: Q*D1=D1* r = Qtrđ + Qm= 229513067.9+ 11475653.4=240988721.3(J/h) Suy D1== =106514.5403(kg/h) 3.2 Lượng đốt cần cung cấp cho thết bị đun nóng hỗn hợp: 3.2.1 Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang vào: Q’f=F*Cf*Tf Trong đó: (J/h) (IX-152) F : Lượng hỗn hợp đầu, F=550 kg/h TF : Nhiệt đầu hỗn hợp Tf=29 oC Cf : Nhiệt dung riêng hỗn hợp đầu, J/kg.độ CF = a F C A + (1 − a F )C B Page 54 aF : Nồng độ phần khối lượng hỗn hợp đầu, aF=0.464( phần khối lượng) CA, CB : Nhiệt dung dung riêng benzen acid axetic 29 oC Tra bảng 154 sổ tay trình thiết bị tập trang 172 T 29 20 40 CA 1772.75 1730 1825 CB 2041.7 1994 2100 Suy CF= 0.464*1772.75+(1-0.464)* 2041.7= 1916.91(J/kg.độ ) Suy : Q’f= 550*1916.91*29=30574714.5 (J/h) Nhiệt lượng hỗn hợp mang khỏi thiết bị đun nóng : Lượng nhiệt lượng nhiệt hỗn hợp đầu mang vào tháp 3.2.2 Q’F= QF= 111120272.3 (J/h) 3.2.3 Lượng nhiệt trao đổi: Qtrđ=Q’F- Qf=111120272.3 - 30574714.5 =80545557.8 (J/h) Lượng nhiệt tổn thất: thường lấy 5% Qtrđ Qm=0.05* Qtrđ= 0.05*80545557.8 =4027277.89(J/h) 3.2.5 Lượng nhiệt cần thiết để đun nóng hỗn hợp đầu: Ta có: p=1at Nên t°c=99.04°c Suy r = 2262496(J/kg) 3.2.4 Ta có: Q*D2=D2* r = Qtrđ + Q’m= 80545557.8 + 4027277.89=84572835.69(J/h) Suy D2== =37380.32(kg/h) Page 55 Page 56 [...]... 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 đỉnh gọi là đoạn luyện, phần dưới gồm từ đĩa tiếp liệu trở xuống gọi là đoạn chưng .Thiết bị đun nóng dùng để đun nóng hỗn hợp đầu: Sử dụng thiết bị loại ống chùm, dùng hơi nước bão hoà để đun nóng vì nó có hệ. .. chi tiết phù hợp với công việc di chuyển 1- Thùng chứa hỗn hợp đầu 2- Bơm 3- Thùng cao vị 4- Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp ầu 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 Page 12 Page 13 1.3.4: thuyết minh sơ đồ công nghệ: Hỗn hợp đầu acid axetic-benzen... đầu acid axetic-benzen từ thùng chứa (1) được bơm (2) bơm liên tục lên thùng cao vị (3) Sự có mặt của thùng cao vị đảm bảo cho lượng hỗn hợp đầu vào tháp không dao động, trong trường hợp công suất bơm quá lớn hỗn hợp đầu sẽ theo ống tuần hoàn tràn về bể chứa hỗn hợp đầu Từ thùng cao vị, hỗn hợp đầu (được điều chỉnh nhờ van và lưu lượng kế) qua thiết bị đun nóng dung dịch (4), tại đây dung dịch được gia... axetic) để thu được sản phẩm có độ tinh khiết 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 hợp ban đầu Như vậy, thiết bị làm việc liên tục (hỗn hợp đầu đưa vào liên tục và sản phẩm cũng được lấy ra liên tục) Page 15 CHƯƠNG 2 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 2.1 Các thông số Gọi: • • • • •... là lưu lượng thể tích của hỗn hợp nguyên liệu đầu, sản phẩm đỉnh, • sản phẩm đáy vF, vp vw: lần lượt là nồng độ phần thể tích của hỗn hợp nguyên liệu đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy • PF, PP, PW: Lần lượt là khối lượng riêng của hỗn hợp nguyên liệu đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy tháp Quy ước: A: là cấu tử nhẹ (benzen) B: là cấu tử nặng (acid axetic) Page 16 Trong hỗn hợp acid axetic-benzen thì benzen... lượng mol hỗn hợp đầu: Từ khối lượng mol và nồng độ phần mol của từng cấu tử của hỗn hợp nguyên liệu đầu 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 hỗn hợp nguyên... nhiệt độ sôi 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 nhau theo mọi tỷ lệ Ta có ts acid axetic=118 ᵒC > tS Benzen = 80.1ᵒC nên độ bay hơi của benzen lớn hơn độ bay hơi của acid axetic Vậy nên sản phẩm đáy chủ yếu là acid axetic... GF, GP, GW lần lượt là lưu lượng khối lượng của hỗn hợp nguyên liệu đầu, sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy • aF, ap, aw lần lượt là nồng độ phần khối lượng ủa hỗn hợp nguyên liệu đầu, sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy • NF, NP, NW lần lượt là lưu lượng mol của hỗn hợp nguyên liệu đầu, sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy • xF, xp, xw lần lượt là nồng độ phần mol của hỗn hợp nguyên liệu đầu, sản phẩm đỉnh và sản phẩm... 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 phần mol đã biết nên ta có hệ: NF= NP+ NW NF*xF = NP*xp+ NW*xW NP+ NW =8.185 0.95NP+0.005 NW=8.185*0.4 Giải hệ ta được: N P=3.42(kmol/h) N W = 4.77(kmol/h) Vậy lưu lượng mol của hỗn hợp nguyên... đưa vào thiết bị đun sôi lại(9) Trong nồi đun dung dịch lỏng một phần sẽ bốc hơi cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc, phần còn lại ra khỏi nồi đun được đưa vào bồn chứa sản phẩm đáy(10).Ở đây sử dụng thiết bị đun sôi lại nhằm tách triệt để cấu tử nhẹ(benzene) Page 14 và thu được sản phẩm có độ tinh khiết cao (acid axetic), ngược lại sử dụng thiết bị ngưng tụ nhằm tách triệt để cấu tử nặng (acid axetic) ... khác tập luyện chuẩn bị cho việc tính toàn, thiết kế trình thiết bị công nghệ lĩnh vực Chính lí nên em chọn đề tài “Tính Toán Và Thiết Kế Hệ Thống Chưng Luyện Liên Tục Hỗn Hợp acid acetic-benzen. .. mục đích thiết kế trình thiết bị công nghệ lĩnh vực chưng luyện mục tiêu mà em hướng tới trình học tập Vì đề tài Thiết kế hệ thống chưng luyện acid acetic-benze” môn “Đồ án môn học trình thiết. .. hóa học 1.2: Tổng quan chưng luyện 1.2.1: Định nghĩa chưng luyện: Chưng luyện liên tục hỗn hợp acid axetic-benzen công nghệ hóa học có nhiều phương pháp để phân riêng hỗn hợp hai hay nhiều cấu