Phương pháp chưng.doc

Phương pháp chưng.doc

Đồ án QTTB SVTH: Phần 1 : Giới Thiệu Chung1.1. Mở Đầu.Chng là phơng pháp dùng để tách các hỗn hợp chất lỏng (cũng nh các hỗn hợp khí đã hóa lỏng) thành những cấu tử riêng biệt, dựa trên độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp. Chúng ta có thể thực hiện nhiều ph-ơng pháp chng khác nhau nh chng gián đoạn, chng liên tục, chng đơn giản, và chng đặc biệt (chng luyện hỗn hợp đẳng phí, chng phân tử, chng bằng hơi nớc trực tiếp, chng trích ly).Ngày nay, chng đợc ứng dụng rộng rãi để tách các hỗn hợp:+ Dầu mỏ, các tài nguyên đợc khai thác ở dạng lỏng.+ Không khí hóa lỏng.+ Quá trình tổng hợp hữu cơ thờng cho sản phẩm ở dạng hỗn hợp chất lỏng. Ví dụ: sản xuất metanol, etylen+ Công nghệ sinh học thờng cho sản phẩm là hỗn hợp chất lỏng nh etylic-nớc từ quá trình lên men.Khi chng, hỗn hợp đầu chứa bao nhiêu cấu tử thì ta thu đợc bấy nhiêu cấu tử sản phẩm. Để có thể thu đợc sản phẩm đỉnh tinh khiết ta tiến hành chng nhiều lần hay còn gọi là chng luyện.Trong quá trình sản xuất Axeton thờng kèm theo rất nhiều sản phẩm phụ là Nớc. Vì vậy, nồng độ cũng nh độ tinh khiết của Axeton không đợc cao. Trong phần đồ án này sẽ trình bày thiết kế tháp chng luyện liên tục loại tháp đệm để phân tách hỗn hợp Axeton Nớc. Hỗn hợp đầu gồm 2 cấu tử là Axeton và Nớc nên đợc gọi là chng luyện hỗn hợp 2 cấu tử. Axeton Nớc đ-ợc phân tách thành hai cấu tử riêng biệt nhờ phơng pháp chng luyện liên tục Khoa Công Nghệ Hóa 1 Đồ án QTTB SVTH: với tháp chng luyện là loại tháp đệm, làm việc ở áp suất thờng (1at) với hỗn hợp đầu vào đợc gia nhiệt đến nhiệt độ sôi.Sau quá trình chng luyện, ta thu đợc sản phẩm đỉnh là cấu tử có độ bay hơi lớn hơn (Axeton) và một phần rất nhỏ cấu tử khó bay hơi hơn (Nớc). Sản phẩm đáy gồm chủ yếu cấu tử khó bay hơi (Nớc) và một phần rất ít cấu tử dễ bay hơi (Axeton).Trong suốt quá trình tính toán và thiết kế, đợc sự hóng dẫn trực tiếp và sự giúp đỡ nhiệt tình của cũng nh với sự nỗ lực và cố gắng của bản thân bản đồ án thiết kế tháp chng luyện liên tục loại tháp đệm để phân tách Axeton Nớc với các thông số nh nội dung đề tài đợc giao của em đã đợc hoàn thành với nội dung sau:Phần 1. Giới thiệu chung.Phần 2. Tính toán, thiết kế thiết bị chính.Phần 3. Tính toán, thiết kế thiết bị phụ.Phần 4. Kết luận chung.Phần 5. Tài liệu tham khảo.Khoa Công Nghệ Hóa 2 Đồ án QTTB SVTH: 1.2. Thuyết minh dây chuyền sản xuất.Nguyên liệu đầu đợc chứa trong thùng chứa (1) và đợc bơm (2) bơm lên thùng cao vị (3). Mức chất lỏng cao nhất ở thùng cao vị đợc khống chế bởi cửa chảy tràn. Hỗn hợp đầu từ thùng cao vị (3) tự chảy xuống thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu (4), quá trình tự chảy này đợc theo dõi bằng van và đồng hồ đo lu lợng. Tại thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu (4) (dùng hơi nớc bão hoà), hỗn hợp đầu đợc gia nhiệt đến nhiệt độ sôi. Sau khi đạt đến nhiệt độ sôi, hỗn hợp này đợc đa vào đĩa tiếp liệu của tháp chng luyện loại tháp đệm (5). Trong tháp, pha lỏng đi từ trên xuống tiếp xúc với hơi đợc tạo thành ở thiết bị đun sôi đáy tháp (9) đi từ dới lên, tại đây xảy ra quá trình bốc hơi và ngng tụ nhiều lần. Theo chiều cao của tháp, càng lên cao thì nhiệt độ càng thấp nên khi hơi đi qua các tầng đệm từ dới lên, cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽ ngng tụ. Quá trình tiếp xúc lỏng hơi trong tháp diễn ra liên tục làm cho pha hơi ngày càng giàu cấu tử dễ bay hơi, pha lỏng ngày càng giàu cấu tử khó bay hơi. Cuối cùng trên đỉnh tháp ta sẽ thu đợc hầu hết là cấu tử dễ bay hơi (Axeton) và một phần rất nhỏ cấu tử khó bay hơi (Nớc). Hỗn hợp hơi này đợc đi vào thiết bị ngng tụ hồi lu (6) và tại đây nó đợc ngng tụ hoàn toàn (tác nhân là nớc lạnh). Một phần chất lỏng sau ngng tụ cha đạt yêu cầu đợc đi qua thiết bị phân dòng để hồi lu trở về đỉnh tháp; phần còn lại đợc đa vào thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết sau đó đi vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (8). Chất lỏng hồi lu đi từ trên xuống dới, gặp hơi có nhiệt độ cao đi từ dới lên, một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp (Axeton) lại bốc hơi đi lên, một phần cấu tử khó bay hơi (Nớc) trong pha hơi sẽ ngng tụ đi xuống. Do đó, nồng độ cấu tử khó bay hơi trong pha lỏng ngày càng tăng. Cuối cùng, ở đáy tháp ta thu đợc hỗn hợp lỏng gồm hầu hết là cấu tử khó bay hơi (Nớc), một phần rất ít cấu tử dễ bay hơi (Axeton). Hỗn hợp lỏng này đợc đa ra khỏi đáy tháp, qua thiết bị phân dòng, một phần đợc đa ra thùng chứa sản phẩm đáy (10), một phần đợc tận dụng đa Khoa Công Nghệ Hóa 3 Đồ án QTTB SVTH: vào thiết bị gia nhiệt đáy tháp (9) dùng hơi nớc bão hòa. Thiết bị gia nhiệt (9) này có tác dụng đun sôi tuần hoàn và bốc hơi hỗn hợp đáy (tạo dòng hơi đi từ dới lên trong tháp). Nớc ngng của các thiết bị gia nhiệt đợc tháo qua thiết bị tháo nớc ngng (11) đi xử lý. Tháp chng luyện làm việc ở chế độ liên tục, hỗn hợp đầu vào và sản phẩm đợc cung cấp và lấy ra liên tục.1.3. Sơ đồ dây chuyền công nghệ.Khoa Công Nghệ Hóa 4 Đồ án QTTB SVTH: Hơi đốtNước ngưng123451 06789Hơi đốtN ướ c lạ nhN ướ cN ướ c n gư n g1 11 1N ư ớ c lạ nhN ư ớ c* Chú thích:Khoa Công Nghệ Hóa 5 Đồ án QTTB SVTH: 1- Thùng chứa hỗn hợp đầu 2- Bơm3- Thùng cao vị 4- Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu5- Tháp chng luyện 6- Thiết bị ngng tụ hồi lu7- Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh 8- Thùng chứa sản phẩm đỉnh9- Thiết bị gia nhiệt đáy tháp 10- Thùng chứa sản phẩm đáy11- Thiết bị tháo nớc ngng1.4. Chế độ làm việc của tháp đệm.Tùy thuộc vào vận tốc khí mà chế độ thủy động trong tháp đệm là chếđộ dòng, xoáy hay sủi bọt. Chế độ dòng, vận tốc khí còn bé, lực hút phân tử lớn hơn lực ỳ nên chuyển khối đợc quyết định bằng khuếch tán phân tử. Tăng dần vận tốc đến khi lực ỳ bằng lực phân tử quá trình chuyển khối đợc quyết định không chỉ bằng khuếch tán phân tử mà còn có khuếch tán đối lu. Chế độ thủy động chuyển sang chế độ quá độ. Nếu tiếp tục tăng vận tốc khí lên nữa, ta có chế độ xoáy và quá trình chuyển khối đợc quyết định bởi khuếch tán đối lu. Đến một giới hạn nào đó của vận tốc khí sẽ xảy ra hiện tợng đảo pha. Lúc này chất lỏng sẽ choán toàn bộ tháp và trở thành pha liên tục, còn khí phân tán vào lỏng và trở thành pha phân tán. Vận tốc khí ứng với điểm đảo pha gọi là vận tốc đảo pha. Do khí sục vào lỏng nên tạo bọt.Theo thực nghiệm thì quá trình chuyển khối ở chế độ sủi bọt là tốt nhất, song trong thực tế tháp đệm chỉ làm việc ở vận tốc đảo pha, vì nếu tăng nữa sẽ rất khó đảm bảo quá trình ổn định. Chế độ này, chất lỏng chảy thành màng bao quanh đệm, nên còn gọi là chế độ màng. Do đó, trong thực tế tháp làm việc ở chế độ màng. 1.5. Ưu, nhợc điểm của tháp đệm.1.5.1. Ưu điểm của tháp đệm.+ Hiệu suất cao vì bề mặt tiếp xúc pha lớn.Khoa Công Nghệ Hóa 6 Đồ án QTTB SVTH: + Cấu tạo tháp đơn giản.+ Trở lực trong tháp không lớn lắm.+ Giới hạn làm việc của tháp tơng đối rộng.1.5.2. Nhợc điểm của tháp đệm.+ Khó làm ớt đều đệm.+ Tháp cao quá thì phân phối chất lỏng không đều.1.6. Bảng kê các ký hiệu thờng dùng trong đồ án.- F: Lợng hỗn hợp đầu, kg/h (hoặc kg/s, kmol/h)- P: Lợng sản phẩm đỉnh, kg/h (hoặc kg/s, kmol/h)- W: Lợng sản phảm đáy, kg/h (hoặc kg/s, kmol/h)- Các chỉ số F, P, W : tơng ứng chỉ đại lợng đó thuộc về hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy.- a: nồng độ phần khối lợng của cấu tử dễ bay hơi, kg nớc/kg hỗn hợp- x: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi, kmol nớc/kmol hỗn hợp- M: Khối lợng mol phân tử, kg/kmol- à: độ nhớt, Ns/m2- : khối lợng riêng, kg/m3- Các chỉ số A, N, x, y, hh: tơng ứng chỉ đại lợng thuộc về cấu tử axeton, nớc, thành phần lỏng, thành phần hơi và hỗn hợp.- Ngoài ra, các ký hiệu cụ thể khác đợc định nghĩa tại chỗ.Phần 2 : Tính toán, thiết kế thiết bị chính.2.1. Tính toán cân bằng vật liệu toàn tháp.Khoa Công Nghệ Hóa 7 Đồ án QTTB SVTH: 2.1.1. Tính cân bằng vật liệu.- Phơng trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp.F = P + W [IX.16 II.144]- Đối với cấu tử dễ bay hơi:F.aF = P.ap + W.aw[IX.17 II.144]- Lợng sản phẩm đỉnh là:wpwFaaaaFP= . [IX.18 II.144] - Lợng sản phẩm đáy là: W = F P [IX.19 II.144]Đầu bài cho: F = 5.8 tấn/h hay F = 5800 Kg/hVậy ta có lợng sản phẩm đỉnh là:173401.098.001.03.0*5800. ===wpwFaaaaFP Kg/h- Lợng sản phẩm đáy là:W = F - P = 5800 1734 = 4066 Kg/h* Đổi nồng độ phần khối lợng sang nồng độ phần mol:áp dụng công thức:NNAAAAMaMaMax+= [VIII.1 II.126]Với: 58063==HCAMM Kg/Kmol 1802==HNMM Kg/KmolThay số liệu vào ta có:Khoa Công Nghệ Hóa 8 Đồ án QTTB SVTH: ( )NFAFAFFMaMaMax+=1 117.0183.01583.0583.0=+= phần mol( )NPAPAPPMaMaMax+=1 938.01898.015898.05898.0=+= phần mol( )NwAwAwwMaMaMax+=1 003.01801.015801.05801.0=+= phần mol* Tính khối lợng phân tử trung bình của hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy.- Khối lợng phân tử trung bình của hỗn hợp đầu:MF = xF.MA + (1 - xF).MNMF = 0.117*58 + (1- 0.117)*18MF = 22.68 Kg/Kmol- Khối lợng phân tử trung bình của sản phẩm đỉnh:Mp = xp.MA + (1 - xp).MNMp = 0.938*58 + (1- 0.938)*18Mp = 55.52 Kg/Kmol- Khối lợng phân tử trung bình của sản phẩm đáy:Mw = xw.MA + (1 - xw).MNMw = 0.003*58 + (1- 0.003)*18Khoa Công Nghệ Hóa 9 Đồ án QTTB SVTH: Mw = 18.12 Kg/Kmol* Đổi đơn vị của F, P, W từ Kg/h sang Kmol/h( )hKmolMhkgFFF/73.25568.225800/===( )hKmolMhkgPPp/23.3152.551734/===( )hKmolMhkgWWw/39.22412.184066/===2.1.2. Xác định số bậc thay đổi nồng độ.2.1.2.1. Xác định chỉ số hồi lu tối thiểu (Rmin)Theo số liệu Bảng IX.2a (II.145) thành phần cân bằng lỏng (x) hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp 2 cấu tử Axeton Nớc ở 760 mmHg (% mol) ta có bảng sau: Bảng 1x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100y 0 60.3 72 80.3 82.7 84.2 85.5 86.9 88.2 90.4 94.3 100toC 100 77.9 69.6 64.5 62.6 61.6 60.7 59.8 59 58.2 57.5 56.9Từ số liệu trong bảng trên ta vẽ đồ thị đờng cân bằng lỏng (x) hơi (y) [Hình 1], với giá trị xF = 0.117 ta dóng lên đờng cân bằng và tìm đợc giá trị y*F = 0.743Hình 1: Đồ thị đờng cân bằng lỏng hơiKhoa Công Nghệ Hóa 10 [...]... 9) Khoa Công Nghệ Hóa 46 Đồ án QTTB SVTH: Phần 1 : Giới Thiệu Chung 1.1. Mở Đầu. Chng là phơng pháp dùng để tách các hỗn hợp chất lỏng (cũng nh các hỗn hợp khí đà hóa lỏng) thành những cấu tử riêng biệt, dựa trên độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp. Chúng ta có thể thực hiện nhiều ph- ơng pháp chng khác nhau nh chng gián đoạn, chng liên tục, chng đơn giản, và chng đặc biệt (chng luyện... loại tháp đệm để phân tách hỗn hợp Axeton Nớc. Hỗn hợp đầu gồm 2 cấu tử là Axeton và Nớc nên đợc gọi là chng luyện hỗn hợp 2 cấu tử. Axeton Nớc đ- ợc phân tách thành hai cấu tử riêng biệt nhờ phơng pháp chng luyện liên tục Khoa Công Nghệ Hóa 1 §å ¸n QTTB  SVTH: R th 0.39624 0.4212 0.6084 0.7176 1.64 B 1.27 1.35 1.95 2.2 5.26 N lt 15 12 8 7 5 N lt (R th + 1) 20.95 17.05 12.87 12.02 13.2 Xây dựng . SVTH: Phần 1 : Giới Thiệu Chung1.1. Mở Đầu.Chng là phơng pháp dùng để tách các hỗn hợp chất lỏng (cũng nh các hỗn hợp khí đã hóa lỏng). khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp. Chúng ta có thể thực hiện nhiều ph-ơng pháp chng khác nhau nh chng gián đoạn, chng liên tục, chng đơn giản, và chng