do an benzen toluen

ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠNG NGHỆ HĨA ĐỒ ÁN MƠN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CƠNG NGHỆ HÓA HỌC THIẾT KẾ THÁP CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC LOẠI THÁP CHÓP ĐỂ PHÂN TÁCH HỖN HỢP HAI CẤU TỬ BENZEN-TOLUEN Giáo viên hướng dẫn : TS.NGUYỄN TUẤN ANH Sinh viên : NGUYỄN THỊ LIÊN Mã sinh viên : Lớp : CƠNG NGHỆ HĨA –K8 0841120008 Hà Nội 5-2016 LỜI MỞ ĐẦU Ngày với phát triển khoa học kĩ thuật,nền công nghiệp mang lại cho người lợi ích vơ 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: cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước Trong tiến trình cơng nghiệp hóa đại hóa đất nuớc ngành kinh tế mũi nhọn:cơng nghệ thông tin ,công nghệ sinh học công nghệ điện tử tự động hóa,cơng nghệ vật liệu mới…cơng 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 cơng nghệ sản xuất phải nâng cao.trong cơng 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,cơ đặc.trích li…tùy vào tính chất hệ mà ta lựa chọn phương pháp thích hợp Đối với hệ benzen – toluen hệ cấu tử tan lẫn vào nhau, ta chọn phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho benzen.vì Chưng luyện phương pháp thơng dụng dùng để tách hồn tồn hỗn hợp cấu tử dễ bay có tính chất hịa tan phần hịa tan hồn tồn vào Vì em xin sâu vào nghiên cứu q trình cơng nghệ vận hành quy trình cơng nghệ q trình chưng luyện tháp chóp để phân tách hai hỗn hợp benzen toluen PHẦN I: TỔNG QUAN I LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN 1.Phương pháp chưng luyện 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 q 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 Trong sản xuất có nhiều phương pháp chưng chưng đơn giản,chưng nước trực tiếp ,chưng chân không chưng luyện thuộc vào điều kiện sẵn có , tính chất hỗn hợp , yêu cầu độ tinh khiết sản phẩm mà ta chọn phương pháp chưng cho thích hợp 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 khơng có ống chảy truyền, tháp đệm… Trong đồ án em giao thiết kế tháp chóp , chế độ làm việc áp suất thường với hỗn hợp đầu vào nhiệt độ sôi Các phương pháp chưng cất +) Áp suất làm việc: Chưng cất áp suất thấp Chưng cất áp suất thường Chưng cất áp suất cao - Nguyên tắc phương pháp dựa nhiệt độ sôi cấu tử nhiệt độ sơi cấu tử q cao giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi cấu tử +) Nguyên lý làm việc : liên tục ,gián đoạn * Chưng gián đoạn : phương pháp sử dụng trừong hợp : + Nhiệt độ sôi cấu tử khác xa + Khơng địi 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 q trình thực liên tục nghịch dịng 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 sử dụng cơng 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 : đĩa bố trí có chóp dạng trịn, xupap, … + 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 khơng có ống chảy truyền +Tháp đệm :tháp hình trụ gồm nhiều đoạn nối với mặt bích hay hàn II GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG LUYỆN 1.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 sử dụng hạn chế *Tính chất vật lý: -Khối lượng phân tử 78.11 -Tỷ trọng (20oC) 0,879 -Nhiệt độ sôi 80oC -Nhiệt độ nóng chảy 5,5 oC -Benzen hợp chất mạch vịng, dạng lỏng, khơng màu, có mùi thơm nhẹ, công thức phân tử C6H6 Benzen không phân cực tan tốt dung mơi hữu khơng phân cực tan nước rượu Benzen độc *Tính chất hóa học -Phản ứng Với Brom: Với dung dịch HNO3: -Phản ứng cộng Với H2: Với Cl2: -Phản ứng oxi hóa Cháy khơng khí sinh nhiều muội than: Benzen khơng tác dụng với KMnO4 *Điều chế -Chưng cất nhựa than đá cơng nghiệp -Phương pháp dehidro hóa:dehidro hóa xicloankan: Pd , 300 C → CnH2n −3 H ≥ CnH2n-6 (n 6) -Dehidro hóa n-ankan đồng thời khép vịng, nhờ xúc tác nhiệt độ thích hợp: −4 H → CnH2n+2 Pd , 300 doC ≥ CnH2n-6 (n 6) -Phương pháp tổng hợp (ký hiệu gốc hidrocacbon thơm Ar-) -Tổng hợp Wurtz-Fittig:Ar-X+2Na+X-R→Ar-R+2NaX Thí dụ : C6H5Br+2Na+Br-NH3→C6H5CH3+2NaBr -Tổng hợp Fridel-Craft: AlCl → Ar-H+X-R nhietdo Ar-R+HX dd + KOH thuoctim CaO , nhietdo → → 3C2H2 C6H5COOK C6H6 b.Ứng dụng Benzen nguyên liệu quan trọng ngành cơng nghiệp hóa hữu Nó dung nhiều để tổng hợp monome sản xuất polime làm chất dẻo, cao su, tơ sợi (chẳng hạn polistiren, tơ capron Từ benzene người ta điều chế nitrobenzene, aniline, phenol dung để tổng hợp phẩm nhuộm, dược phẩm, thuốc trừ dịch hại,… Benzen cịn dùng nhiều làm dung mơi Toluen a.Tính chất vật lý -Khối lượng phân tử 92.13 -Tỷ trọng (20oC) 0.886 -Nhiệt độ sôi 111oC -Nhiệt độ nóng chảy -95oC -Toluen hợp chất mạch vịng, dạng lỏng có tính thơm, cơng thức phân tử tương tự Benzen, có gắn them –CH3 Khơng phân cực, tan tốt benzen b.Tính chất hóa học Toluen có tính chất hóa học tương tự Benzen, ngồi Toluen cịn làm màu dung dịch KMnO4: c.Điều chế C6H6+Cl2→C6H5Cl+HCl C6H5Cl+CH3Cl+2Na→C7H8+2NaCl C6H6+CH3Cl  → AlCl C7H8+HCl d.Ứng dụng Toluen chủ yếu dùng làm dung mơi hịa tan nhiều vật liệu sơn, loại nhựa tạo màng cho sơn, mực in, chất hóa học, cao su, chất kết dính,… Trong ngành hóa sinh, người ta dùng toluen để tách hemoglobin từ tế bào hồng cầu, toluen dùng để điều chế thuốc nổ TNT (trinitrotoluen): C7H8+HNO3→C7H5(NO3)2+3H2O *Hỗn hợp benzen-toluen Do Toluen có nhiệt độ sơi 111 oC cao Benzen 80 oC mà tham gia trình chưng luyện Bezen có nhiệt độ sơi thấp bay trước đó: -Sản phẩm đỉnh chủ yếu benzen chút toluen.Gồm cấu tử có độ bay lớn (nhiệt độ sơi nhỏ) -Sản phẩm đáy chủ yếu toluenvà chút benzen.Gồm cấu tử có độ bay nhỏ (nhiệt độ sơi lớn) => Hỗn hợp Benzen-Toluen ta chọn phương pháp chưng cất áp suất thường với loại tháp chưng cất tháp chóp II.SƠ ĐỒ CƠNG NGHỆ 1.Dây chuyền cơng nghệ 12 Trong đó: 1-Thùng chứa hỗn hợp đầu 7-Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh 2-Bơm 8- Thùng chứa sản phẩm đỉnh 3-Thùng cao vị 9- Thiết bị gia nhiệt đáy tháp 4-Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 10- Thùng chứa sản phấm đáy 5-Tháp chưng luyện 11-Thiết bị tháo nước ngưng 6-Thiết bị ngưng tụ hồi lưu 12-Lưu lượng kế Thuyết minh dây chuyền sản xuất Hỗn hợp đầu chứa thùng chứa (1) bơm (2) bơm lên thùng cao vị (3), qua thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu (4) tới nhiệt độ sôi để vào tháp chưng luyện (5) đĩa tiếp liệu Tại đĩa tiếp liệu pha lỏng có thành phần xF pha coi trạng thái cân Ở tháp, pha lỏng từ xuống tiếp xúc trực tiếp với từ lên Tại xảy trình bốc ngưng tụ nhiều lần, nồng độ cấu tử thay đổi theo chiều cao tháp nhiệt độ hỗn hợp thay đôỉ theo thay đổi nồng độ Khi bay lên, đĩa (1) có thành phần cấu tử dễ bay y1 Sục trực tiếp vào lớp chất lỏng đĩa (1) có thành phần cấu tử dễ bay x1 với ( x1< y1), giầu cấu tử dễ bay lỏng Khi sục vào đĩa 2, đĩa sục vào lớp chất lỏng đĩa 2, mà nhiệt độ đĩa nhỏ nhiệt độ đĩa nên bị ngưng tụ phần cấu tử khó bay hơi, trình ngưng tụ lại trình toả nhiệt, nhiệt làm bay phần cấu tử dễ bay đĩa Do x2> x1, y2> y1 dẫn đến đĩa tiếp tục sục vào đĩa 3, trình xảy tương tự nhiều lần, cuối đỉnh tháp ta thu hỗn hợp gồm hầu hết cấu tử dễ bay Hơi từ đỉnh tháp vào thiết bị ngưng tụ hồi lưu (6), phần lại đưa vào thiết bị làm nguội (7) để ngưng tụ hoàn toàn sản phẩm chuyển xuống thùng chứa sản phẩm đỉnh (8) Chất lỏng hồi lưu từ xuống gặp có nhiệt độ cao từ lên, phần cấu tử có nhiệt độ sơi thấp lại bốc lên, phần cấu tử khó bay pha ngưng tụ xuống Do nồng độ cấu tử khó bay pha lỏng ngày tăng, cuối đáy tháp ta thu hỗn hợp lỏng gồm hầu hết cấu tử khó bay Đây loại tháp chưng luyện liên tục nên hỗn hợp đầu sản phẩm lấy liên tục Dung dịch đầu thùng (1) bơm (2) bơm liên tục lên thùng cao vị (3), mức chất lỏng cao thùng cao vị khống chế nhờ ống chảy tràn, từ thùng cao vị dung dịch đưa vào thiết bị đun nóng (4) qua lưu lượng kế (11), dung dịch đun nóng đến nhiệt độ sơi nước bão hồ, từ thiết bị gia nhiệt (4) dung dịch đưa vào tháp chưng luyện (5) nhờ đĩa tiếp liệu,trong tháp từ lên gặp chất lỏng từ xuống, nhiệt độ nồng độ cấu tử thay đổi theo chiều cao tháp Vì từ đĩa phía lên đĩa phía trên, cấu tử có nhiệt độ sôi cao (toluen) ngưng tụ lại cuối đỉnh ta thu hỗn hợp gồm hầu hết cấu tử dễ bay (benzen) Hơi vào thiết bị ngưng tụ hồi lưu (6), ngưng tụ lại 10 ... dùng toluen để tách hemoglobin từ tế bào hồng cầu, toluen dùng để điều chế thuốc nổ TNT (trinitrotoluen): C7H8+HNO3→C7H5(NO3)2+3H2O *Hỗn hợp benzen- toluen Do Toluen có nhiệt độ sôi 111 oC cao Benzen. .. sang nồng độ phần mol: -Trong aA , aB : nồng độ phần khối lượng benzen toluen MA , MB : khối lượng mol phân tử benzen toluen -Đổi nồng độ phần khối lượng sang phần mol hỗn hợp ban đầu theo benzen: ... than: Benzen khơng tác dụng với KMnO4 *Điều chế -Chưng cất nhựa than đá cơng nghiệp -Phương pháp dehidro hóa:dehidro hóa xicloankan: Pd , 300 C → CnH2n −3 H ≥ CnH2n-6 (n 6) -Dehidro hóa n-ankan