NỘI DUNGThiết kế hệ thống tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp Benzen – Toluen Các thông số ban đầu:Năng suất tính theo hỗn hợp đầu: F =10,75 tấngiờ.Nồng độ cấu tử dễ bay hơi : + Hỗn hợp đầu: a F = 0,387 phần khối lượng. + Sản phẩm đỉnh: a p = 0,947 phần khối lượng. + Sản phẩm đáy: a w = 0,053 phần khối lượng. Tháp làm việc ở áp suất thường .Hỗn hợp đầu được gia nhiệt tới nhiệt độ sôi .
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá BỘ CÔNG THƯƠNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Số: ……… Họ tên HS-SV: NGUYỄN THỊ VÂN Lớp: ĐH Công Nghệ Hóa 4- K7 Khóa : 07 Khoa : Công Nghệ Hóa Giáo viên hướng dẫn: Thầy VŨ MINH KHÔI NỘI DUNG Thiết kế hệ thống tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp Benzen – Toluen Các thông số ban đầu: - Năng suất tính theo hỗn hợp đầu: F =10,75 tấn/giờ Nồng độ cấu tử dễ bay : + Hỗn hợp đầu: a = 0,387 phần khối lượng + Sản phẩm đỉnh: a = 0,947 phần khối lượng + Sản phẩm đáy: a = 0,053 Tháp làm việc áp suất thường GVHD:VŨ MINH KHÔI Page1 phần khối lượng Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội - Khoa Công Nghệ Hoá Hỗn hợp đầu gia nhiệt tới nhiệt độ sôi STT Tên vẽ Khổ giấy Số lượng Vẽ dây chuyền sản xuất A4 01 Vẽ hệ thống tháp chưng luyện A0 01 GVHD:VŨ MINH KHÔI Page2 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá PHẦN THUYẾT MINH Ngày giao đề…………………………… Ngày hoàn thành ……………………… … GVHD:VŨ MINH KHÔI Page3 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá NHẬN XÉT ĐỒ ÁN Giáo viên hướng dẫn nhận xét Điểm: …………… Chữ ký: Cán chấm hay Hội đồng bảo vệ nhận xét: MỤC LỤC GVHD:VŨ MINH KHÔI Page4 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội GVHD:VŨ MINH KHÔI Khoa Công Nghệ Hoá Page5 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá LỜI MỞ ĐẦU Ngày với phát triển khoa học kĩ thuật,nền công nghiệp mang lại cho người lợi ích vô to lớn vật chất lẫn 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 nuớc ngành kinh tế mũi nhọn:công nghệ thông tin ,công nghệ sinh học công nghệ điện tử tự động hóa,công nghệ vật liệu mới…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 theo công nghệ sản xuất phải nâng cao.trong công nghệ hóa học nói chung viêc 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: chưng cất,cô đặc.trích li…tùy vào tính chất hệ mà ta lựa chọn phương pháp thích hợp GVHD:VŨ MINH KHÔI Page6 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá PHẦN I: TỔNG QUAN I: LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT Phương pháp chưng cất Chưng luyện phương pháp chưng cất 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 trưng luyện hỗn hợp bốc ngưng tụ nhiều lần, kết cuối đỉnh tháp 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, tháp đĩa lỗ ống chảy truyền, tháp đệm… Trong đồ án em giao thiết kế tháp chưng luyện liên tục dạng đĩa lỗ ống chảy truyền nhằm phân tách cấu tử Benzen – toluen , chế độ làm việc áp suất thường với hỗn hợp đầu vào nhiệt độ sôi Benzen –toluen hỗn hợp lỏng thường gặp thực tế việc tách riêng cấu tử có ý nghĩa quan trọng cần Benzen có nồng độ lớn dùng làm nguyên liệu sản xuất hợp chất thực phẩm Các phương pháp chưng cất a.Áp suất làm việc: Chưng cất áp suất thấp Chưng cất áp suất thường Chưng cất áp suất cao GVHD:VŨ MINH KHÔI Page7 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá - Nguyên tắc phương pháp dựa nhiệt độ sôi cấu tử nhiệt độ sôi cấu tử cao giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi cấu tử b Nguyên lý làm việc : liên tục ,gián đoạn * Chưng gián đoạn : phương pháp sử dụng trừong hợp : + 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 liên tục :là trình thực liên tục nghịch dòng nhiều đoạn Thiết bị chưng cất Trong sản xuất thường sử dụng nhiều loại tháp khác chúng có yêu cầu diện tích tiếp xúc bề mắt pha lớn ,điều phụ thuộc độ phân tán lưu chất vào Tháp chưng cất phong phú kích cỡ ứng dụng tháp lớn thường sủ dụng công nghệ lọc hóa dầu đường kính tháp phụ thuộc luơng pha lỏng luợng pha khí ,độ tinh khiết sản phẩm theo khảo sát thường có loại tháp chưng : tháp đĩa tháp đệm Tháp đĩa ; thân tháp hình trụ thẳng đứng bên có gắn đĩa phân chia thân tháp thành đoạn đĩa pha lỏng pha khí tiếp xúc với tùy thuộc vào loại đĩa ta có: + Tháp đĩa chóp : + Tháp đĩa lỗ :trên đĩa có lỗ có đường kính (2-12 mm) có loại tháp đĩa lỗ - Tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền - Tháp đĩa lỗ ống chảy truyền Tháp đệm : tháp hình trụ gồm nhiều đoạn nối với mặt bích hay hàn GVHD:VŨ MINH KHÔI Page8 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá * Tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền hoạt động với hiệu suất cao ổn định Khắc phục nhược điểm loại tháp khác ; làm việc với chất lỏng bẩn … Vậy : Trong đồ án em giao thiết kế hệ thống tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ ống chảy truyền để phân tách hổn hợp hai cấu tử Benzen –Toluen , chế độ làm việc áp suất thường với hỗn hợp đầu gia nhiệt đến nhiết độ sôi II GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG 1.Benzen (C6H6) ●Benzen: hợp chất mạch vòng, dạng lỏng không màu có mùi thơm nhẹ.Công thức phận tử C6H6 Benzen không phân cực,vì tan tốt dung môi hữu 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 Các tính chất vật lí benzen: Khối lượng phân tử: 78,11 o Tỉ trọng(200C): 0,879 o o Nhiệt độ sôi: 80 C o Nhiệt độ nóng chảy: 5,50C 1.1 Lịch sử Benzen Michael Faraday tìm năm 1825 ngưng tụ khí thắp sáng, sau điều chế từ kali benzoat (C6H5COOK) vào năm 1833 Eilhard Mitscherlich Đến năm 1845, Charles Mansfield, trợ lý August Wilhelm Hoffmann điều chế benzen từ chưng cất nhựa than đá Tuy nhiên phải đến năm 1861, August Kekulé người Đức đưa công thức cấu tạo vòng cạnh có liên kết đôi liên kết đơn o 1.2 Cấu trúc Cấu trúc mà Kekulé đưa không thuyết phục nhà khoa học đương thời, vào công thức phân tử phân tử benzen thể tính không no cao khó tham gia phản ứng cộng, ngược lại benzen dễ tham gia phản ứng Tuy nhiên vào năm 1929, công thức Kekulé công nhận Kathleen Lonsdale GVHD:VŨ MINH KHÔI Page9 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá Cấu trúc phân tử benzen Theo phân tích quang phổ góc liên kết nguyên tử benzen 120 độ, 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 sp2 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 1.3 Điều chế o o o Đi từ nguồn thiên nhiên:Thông thường hidrocacbon điều chế phòng thí nghiệm, thu lượng lớn phương pháp chưng cất than đá, dầu mỏ… Đóng vòng dehiro hóa ankane Các ankane tham gia đóng vòng dehidro hóa tạo thành hidro cacbon thơm nhiệt độ cao có mặt xúc tác Cr2O3, hay lim loại chuyển tiếp Pd, Pt CH3(CH2)4CH3 o C6H6 Dehidro hóa cycloankane Các cycloankane bị dehidro hóa nhiệt độ cao với có mặt xúc tác kim loại chuyển tiếp tạo thành benzen hay dẫn xuất cảu benzen GVHD:VŨ MINH KHÔI Page10 10 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá = = = 2,853 (kg/m3) V = = 0,390 (kg/m3) d= = = 0,140 (m) = 140 (mm) chiều dài ống nối :130mm GVHD:VŨ MINH KHÔI Page96 96 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá 2.2.Đường kính ống dẫn hồi lưu sản phẩm đỉnh Hình biểu diễn ống hồi lưu sản phẩm đỉnh V= ; = P R = 4016,2 2,487 = 9988,2894 Khối lượng riêng hỗn hợp lỏng hồi lưu đỉnh tháp là: Ta có : aP = 0,95 (phần khối lượng) Tại = 81,159 tra bảng I.2 Nội suy khối lượng riêng cấu tử : 813,725 Kg/m3 = 806,841 Kg/m3 = ρ=813,357 Kg/m3) Do sản phẩm đỉnh tự chảy hồi lưu lên vận tốc tra theo II-2 sổ tay trình thiết bị tập I trang 370 Lượng lỏng hồi lưu đỉnh tháp V = =3,4.10-3 (m3/s) W= 0,1 (m/s) ta chọn w = 0,5 (m/s) d = = = 0,093 (m) =93 (mm) Quy chuẩn d= 0,1 m = 100 mm Chiều dài ống nối 120 mm 2.3.Đường kính ống dẫn nguyên liệu đầu GVHD:VŨ MINH KHÔI Page97 97 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá Hình biểu diễn ống nhập liệu Ống nối thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu với tháp đĩa tiếp liệu F= 10750(Kg/h) = 2,986 Kg/s Hỗn hợp dầu vào hỗn hợp lỏng aF = 0,387(Kg/Kg) Chất lỏng tự chảy ống (m/s) Tại tF = 94,101 tra bảng I.2 Nội suy = 793,899 Vậy = 799,489 = ρ = 796,053 (kg/m ) V= = 3,75.10-3(m3/s) Vậy : d = = = 0,0977 (m) =97,7 (mm) Quy tròn d = 0,1m = 100 mm Chiều dài ống nối 120 mm 2.4.Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy GVHD:VŨ MINH KHÔI Page98 98 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá Hình biểu diễn ống dẫn sản phẩm đáy - Lưu lượng sản phẩm đáy w= 5758,1 (kg/h) - Sản phẩm đáy hỗn hợp lỏng tự chảy w =0,3 (m/s) V = = 2,39.10-3 Có aw = 0,053 Kg/Kg Tại tw =107,77 0C Nội suy ta có: = 783,676 = 779,453 Vậy : = ρ = 779,6 (kg/m3) Vậy: d = = 0,10074 Quy tròn d = 0,1 m = 100 mm Chiều dài ống nối 120 mm 2.5.Đường kính ống dẫn hồi lưu sản phẩm đáy - Ta có yw = 0,0646 (kmol/kmol) - Lượng hồi lưu đáy tháp g1’ = 166,719 Kg/s =166,179 Kg/s Tại tw = 94,101 ρ = = 3,024(kg/m3) V = = 0,0153 Vậy : d = = = 0,2 (m) d = 0,2 m = 200 mm Chiều dài ống nối 130 mm Tính đáy nắp thiết bị: GVHD:VŨ MINH KHÔI Page99 99 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá 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 chọn đáy nắp thiết bị hình elip có gờ thiết bị thẳng đứng có P> 7.104 3.1 Chiều dày nắp Trong đó: Pn = P= 340628,9 N/m2 : hệ số bền mối hàn; k: hệ số hiệu chỉnh hb: chiều cao nắp C: hệ số hiệu chỉnh C= 1,5.10-3 m Và có tăng thêm chút tùy thuộc chiều dày: Thêm 2mm S-C < 10mm Thêm 1mm 0< S-C