Đồ án Hằng

Trường ĐHCN Hà Nội Khoa cơng nghệ Hóa BỘ CƠNG THƯƠNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Độc lập – Tự – Hạnh phúc KHOA: CƠNG NGHỆ HĨA ĐỒ ÁN MƠN HỌC Q TRÌNH THIẾT BỊ Họ tên HS-SV: Đinh Thị Hằng - - MSV: 0741120020 Lớp : ĐHCN Hóa 1- K7 Khóa : 07 Khoa : Cơng nghệ hóa Giảng viên hướng dẫn : T.S Nguyễn Thế Hữu NỘI DUNG :Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp Axeton – Benzen, với thông số ban đầu : Năng suất tính theo hỗn hợp đầu : F =13187 kg/giờ Nồng độ cấu tử dễ bay : + Hỗn hợp đầu : a = 0,293 phần khối lượng + Sản phẩm đỉnh : a = 0,992 phần khối lượng + Sản phẩm đáy : a = 0,012 phần khối lượng Tháp làm việc áp suất thường, hỗn hợp đầu gia nhiệt tới nhiệt độ sôi GVHD: Nguyễn Thế Hữu SVTH: Đinh Thị Hằng Trường ĐHCN Hà Nội Khoa cơng nghệ Hóa NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN *** Ngày BAN CHỦ NHIỆM KHOA tháng năm 2015 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên ) (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC GVHD: Nguyễn Thế Hữu 2 SVTH: Đinh Thị Hằng Trường ĐHCN Hà Nội Khoa cơng nghệ Hóa Trang Lời mở đầu .6 Chương I: Giới thiệu chung 1.1: Giới thiệu chung chưng luyện 1.1.1: Khái niệm 1.1.2: Phương pháp chưng luyện 1.1.3: Thiết bị chưng luyện 1.1.4: Giới thiệu nguyên liệu chưng luyện .10 1.2: Quy trình cơng nghệ sản xuất 12 1.2.1: Thuyết minh dây chuyền công nghệ sản xuất .12 1.2.2: Sơ đồ dây chuyền công nghệ .14 Chương II: Tính tốn thiết bị .16 2.1: Tính tốn cân vật liệu tồn thiết bị 16 2.1.1: Cân vật liệu 17 2.1.2: Xác định số hồi lưu tối thiểu 19 2.1.3: Tính số hồi lưu thích hợp 21 2.1.4: Số đĩa lý thuyết 32 2.1.5: Phương trình đường nồng độ làm việc 33 2.2: Tính đường kính tháp chưng luyện 35 2.2.1: Đường kính đoạn luyện .35 2.2.2: Đường kính đoạn chưng 40 2.3: Tính chiều cao tháp 45 2.3.1: Hệ số khuếch tán 45 2.3.2: Hệ số cấp khối .47 2.4: Hệ số chuyển khối, đường cong động học, số đĩa thực tế 53 2.4.1: Hệ số chuyển khối .53 GVHD: Nguyễn Thế Hữu 3 SVTH: Đinh Thị Hằng Trường ĐHCN Hà Nội Khoa cơng nghệ Hóa 2.4.2: Đường kính ống chảy chuyền 53 2.4.3: Vẽ đường cong động học, số đĩa thực tế .55 2.4.4: Chiều cao tháp 58 2.5: Trở lực tháp 58 2.5.1: Trở lực đĩa khô 59 2.5.2: Trở lực sức căng bề mặt 60 2.5.3: Trở lực thủy tĩnh lớp chất lỏng đĩa gây .62 2.5.4: Trở lực tháp 63 2.6: Cân nhiệt lượng .64 2.6.1: Cân nhiệt lượng thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu .64 2.6.2: Cân nhiệt lượng tháp chưng luyện .67 2.6.3: Cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ 71 2.6.4: Cân nhiệt lượng thiết bị làm lạnh 72 Chương III: Tính tốn thiết bị phụ 74 3.1: Tính tốn thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 74 3.1.1: Tính hiệu số nhiệt độ trung bình lưu thể 74 3.1.2: Lượng nhiệt trao đổi 75 3.1.3: Diện tích trao đổi 76 3.2: Tính tốn thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đáy 87 3.2.1: Tính hiệu số nhiệt độ trung bình lưu thể 87 3.2.2: Lượng nhiệt trao đổi 88 3.2.3: Diện tích trao đổi nhiệt 89 3.3: Tính tốn bơm 100 3.3.1: Trở lực ống dẫn từ thùng cao vị tới thiết bị gia nhiệt 101 3.3.2: Trở lực ông dẫn từ thiết bị gia nhiệt tới tháp .104 3.3.3: Trở lực thiết bị gia nhiệt 107 GVHD: Nguyễn Thế Hữu 4 SVTH: Đinh Thị Hằng Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ Hóa 3.4: Tính chiều cao thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu .110 3.5: Tính công suất bơm 111 Chương IV: Tính tốn khí lựa chọn .116 4.1: Tính chiều dày thân tháp 116 4.2: Tính đường kính ống dẫn 120 4.2.1: Tính đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh .121 4.2.2: Tính đường kính ống dẫn hồi lưu sản phẩm đỉnh .121 4.2.3: Tính đường kính ống dẫn nguyên liệu đầu 122 4.2.4: Tính đường kính ống dẫn sản phẩm đáy .123 4.2.5: Tính đường kính ống dẫn hồi lưu sản phẩm đáy 125 4.3: Tính đáy nắp thiết bị 126 4.3.1: Tính chiều dày tháp .126 4.3.2: Tính chiều dày nắp 128 4.4: Chọn mặt bích 129 4.4.1: Bích để nối thân đáy thiết bị 129 4.4.2: Chọn bích để ghép ống dẫn thiết bị .129 4.5: Tính chọn chân giá đỡ, tai treo 130 Kết luận 136 Tài liệu tham khảo 137 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, với phát triển khoa học kỹ thuật, công nghiệp GVHD: Nguyễn Thế Hữu 5 SVTH: Đinh Thị Hằng Trường ĐHCN Hà Nội Khoa cơng nghệ Hóa mang lại cho người lợi ích vơ 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 cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước Một ngành có đóng góp to lớn đến cơng nghiệp nước ta nói riêng giới nói chung, ngành Cơng nghệ Hóa học Thực tế,trong nhiều ngành sản xuất hóa chất sử dụng sản phẩm hóa học, nhu cầu sử dụng nguyên liệu sản phẩm có độ tinh khiết cao phải phù hợp với quy trình sản xuất nhu cầu sử dụng Ngày phương pháp sử dụng để nâng cao độ tinh khiết trích ly, chưng cất, đặc, hấp thụ… Tùy theo đặc tính yêu cầu sản phẩm mà ta có lựa chọn phương pháp thích hợp Đối với hệ Axeton – Benzen cấu tử hòa tan vào có nhiệt độ sơi khác xa nên ta chọn phương pháp chưng cất tách cấu tử hỗn hợp thu benzen có độ tinh khiết cao Đồ án mơn học Q trình Thiết bị mơn học mang tính tổng hợp q trình học tập kỹ sư hóa tương lai Môn học giúp sinh viên giải nhiệm vụ tính tốn cụ thể u cầu cơng nghệ, kết cấu, điều kiện vận hành, giá thành thiết bị sản xuất hóa chất thực phẩm Đây bước để sinh viên vận dụng kiến thức học nhiều môn vào giải vấn đề kỹ thuật thực tế cách tổng quát Em chân thành cảm ơn quý thầy mơn Cơng Nghệ Hóa học đặc biệt thầy Nguyễn Thế Hữu tận tình hướng dẫn, bảo, tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em làm đồ án Tuy nhiên, q trình hồn thành đồ án khơng thể tránh sai sót, em mong q thầy góp ý dẫn GVHD: Nguyễn Thế Hữu 6 SVTH: Đinh Thị Hằng Trường ĐHCN Hà Nội Khoa cơng nghệ Hóa CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu chung chưng luyện 1.1.1 Khái niệm - Chưng luyện trình dùng để tách cấu tử hỗn hợp lỏng hỗn hợp khí - lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác cấu tử hỗn hợp (nghĩa nhiệt độ, áp suất bão hoà cấu tử khác nhau) GVHD: Nguyễn Thế Hữu 7 SVTH: Đinh Thị Hằng Trường ĐHCN Hà Nội Khoa cơng nghệ Hóa - Thay đưa vào hỗn hợp pha để tạo nên tiếp xúc hai pha q trình hấp thu nhả khí, trình chưng luyện pha tạo nên bốc ngưng tụ - Trong trình chưng luyện dung môi chất tan bay (nghĩa cấu tử diện hai pha với tỷ lệ khác nhau) - Khi chưng luyện ta thu nhiều cấu tử thường đưa vào chưng luyện cấu tử thu nhiêu sản phẩm Nếu xét hệ đơn giản có hai cấu tử ta thu hai sản phẩm : Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay lớn (nhiệt độ sôi nhỏ) Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay nhỏ (nhiệt độ sơi lớn) - Đối với hệ Axeton – Benzen: Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm Axeton Benzen Sản phẩm đáy chủ yếu Benzen Axeton 1.1.2 Phương pháp chưng luyện Các phương pháp chưng cất phân loại theo : - Áp suất làm việc : Áp suất thấp Áp suất thường Áp suất cao - Nguyên tắc làm việc: 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 - Nguyên lí làm việc : Chưng bậc Chưng lơi theo nước Chưng luyện - Cấp nhiệt đáy tháp : Cấp nhiệt trực tiếp Cấp nhiệt gián tiếp Với hệ hai cấu tử Axeton – Benzen ta dùng phương pháp chưng luyện liên tục áp suất thường 1.1.3 Thiết bị chưng luyện Trong sản xuất, người ta thường dùng nhiều loại thiết bị khác để tiến hành chưng luyện Tuy nhiên, yêu cầu chung thiết bị giống nghĩa diện tích tiếp xúc pha phải lớn Điều phụ thuộc vào mức độ phân GVHD: Nguyễn Thế Hữu 8 SVTH: Đinh Thị Hằng Trường ĐHCN Hà Nội Khoa công nghệ Hóa tán lưu chất vào lưu chất Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có loại tháp đĩa, pha lỏng phân tán vào pha khí ta có tháp đệm Ở ta khảo sát loại thường dùng tháp đĩa tháp đệm + Tháp đĩa : thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía có gắn đĩa có cấu tạo khác nhau, pha lỏng pha cho tiếp xúc với Tuỳ theo cấu - tạo đĩa, ta có : Tháp đĩa chóp : đĩa bố trí có chóp dạng trịn Tháp đĩa lỗ : đĩa có nhiều lỗ hay rãnh + Tháp đệm : tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với mặt bích hay hàn Vật đệm cho vào tháp theo hai phương pháp sau : xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự 1.1.4 Giới thiệu nguyên liệu chưng luyện * Axeton & Benzen: Benzen: hợp chất mạch vòng, dạng lỏng khơng màu có mùi thơm nhẹ Cơng thức phận tử C6H6 Benzen khơng 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 khơng khí cần thấp khoảng 1ppm có khả gây bệnh bạch cầu, nên ngày Benzen hạn chế sử dụng Các tính chất vật lí Benzen: Khối lượng phân tử: 78,11 Tỉ trọng(200C): 0,879 Nhiệt độ sơi: 80oC Nhiệt độ nóng chảy: 5,50C * Các phương thức điều chế : GVHD: Nguyễn Thế Hữu 9 SVTH: Đinh Thị Hằng Trường ĐHCN Hà Nội Khoa cơng nghệ Hóa + Đi từ nguồn thiên nhiên: Thơng thường hidrocacbon điều chế phịng thí nghiệm, thu lượng lớn phương pháp chưng cất than đá, dầu mỏ… + Đóng vịng đehiro hóa ankan: Các ankan tham gia đóng vịng đehidro hóa tạo thành hidrocacbon thơm nhiệt độ cao có mặt xúc tác Cr2O3, hay lim loại chuyển tiếp Pd, Pt CH3(CH2)4CH3 O3 / Al2 O3 Cr   → C6H6 + Đehidro hóa Cycloankan: Các cycloankan bị đehidro hóa nhiệt độ cao với có mặt xúc tác kim loại chuyển tiếp tạo thành Benzen hay dẫn xuất Benzen C6H12 Pd Pt / → C6H6 + Đi từ Acetylen : Acetylen với có mặt xúc tác, nhiệt độ than hoạt tính hay phức niken Ni(CO)[(C6H5)P] thu Benzen 3C2H2 ,t xt  → C6H6 + Từ Benzen ta điều chế dẫn xuất Benzen Toluen ankyl hóa Benzen dẫn xuất ankyl halogen với có mặt xúc tác AlCl3 khan C6H6 + CH3- Cl AlCl3  → C6H5-CH3 Axeton: tên gọi thong thường propanon Đây hợp chất Cacboxyl, hợp chất phân cực Nó chất lỏng sôi t s0=56,10C, nhiệt độ cao chất khơng phân cực có trọng lượng lại thấp ancol axit tương ứng Axeton tan vô hạn nước, dung môi cho nhiều chất hữu GVHD: Nguyễn Thế Hữu 1010 SVTH: Đinh Thị Hằng ... kiện thuận lợi cho chúng em làm đồ án Tuy nhiên, q trình hồn thành đồ án khơng thể tránh sai sót, em mong q thầy góp ý dẫn GVHD: Nguyễn Thế Hữu 6 SVTH: Đinh Thị Hằng Trường ĐHCN Hà Nội Khoa cơng... Nguyễn Thế Hữu 8 SVTH: Đinh Thị Hằng Trường ĐHCN Hà Nội Khoa cơng nghệ Hóa tán lưu chất vào lưu chất Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có loại tháp đĩa, pha lỏng phân tán vào pha khí ta có tháp... GVHD: Nguyễn Thế Hữu 1212 SVTH: Đinh Thị Hằng Trường ĐHCN Hà Nội Khoa cơng nghệ Hóa 1.2.2.Sơ đồ dây chuyền công nghệ GVHD: Nguyễn Thế Hữu 1313 SVTH: Đinh Thị Hằng Trường ĐHCN Hà Nội GVHD: Nguyễn