Tính toán và thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục, thiết bị loại: Tháp đĩa để phân riêng hỗn hợp: Axeton – Nước. Các số liệu ban đầu:Năng suất tính theo hỗn hợp đầu, kgk: 2500Nồng độ đầu của hỗn hợp,xF, %mol: 14Nồng độ đầu sản phẩm đỉnh tháp, xP, %mol: 95Nồng độ sản phẩm đáy tháp, xW, %mol: 0.05Áp suất hơi đốt, Phd, at: 4Nhiệt độ đầu của hỗn hợp, tF, oC: 25Nhiệt độ của SP đỉnh sau làm lạnh, tsfP, oC: 26Nhiệt độ của SP đáy sau làm lạnh, tsfW, oC: 49Nhiệt độ đầu của nước lạnh, t1, oC: 15Nhiệt độ cuối của nước lạnh, t2, oC: 48
ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ Mục lục LỜI MỞ ĐẦU PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI CHƯƠNG TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP CHƯNG LUYỆN 1.1 Chưng luyện gì? 1.2 Các phương pháp chưng luyện 1.3 Nguyên tắc chưng luyện 1.4 Hình vẽ hệ thống sơ đồ chưng luyện 1.5 Thuyết minh sơ đồ công nghệ 1.6 Sơ đồ tháp đĩa 1.7 Nguyên tắc hoạt động tháp đĩa: CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HÓA CHẤT 2.1 Axeton – (CH3)2CO 2.1.1 Tính chất Vật lý 2.1.2 Tính chất hóa học 2.1.3 Phương pháp điều chế 2.1.4 Ứng dụng 10 2.2 Nước – H2O 10 2.2.1 Tính chất Vật lý 10 2.2.2 Tính chất hóa học 11 2.2.3 Phương pháp điều chế 11 2.2.4 Ứng dụng 11 PHẦN II: TÍNH CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ CHƯNG LUYỆN 12 CHƯƠNG 1: TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU 12 1.1 Cân vật liệu tính theo lưu lượng khối lượng 12 1.2 Cân vật liệu tính theo lưu lượng mol 15 1.3 Cân vật liệu tính theo lưu lượng thể tích 17 1.4 Tổng hợp số liệu vào bảng thiết lập cân toàn phần theo đơn vị thời gian 20 CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH SỐ ĐĨA THỰC TẾ THEO PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ 22 2.1 Đường cân x–y đồ thị t–x–y theo thực nghiệm 22 2.2 Xác định số hồi lưu thích hợp viết phương trình đường làm việc 23 2.2.1 Xác định số hồi lưu tối thiểu tháp 23 2.2.2 Chỉ số hồi lưu thực tế 23 Trang ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ 2.2.3 Phương trình nồng độ làm việc đoạn luyện 23 2.2.4 Phương trình nồng độ làm việc đoạn chưng 24 2.3 Xác định số đĩa lý thuyết 25 2.4 Xác định số đĩa thực tế 25 2.4.1 Xác định hiếu suất trung bình tháp 26 2.4.2 Xác định số đĩa thực tế 28 CHƯƠNG 3: TÍNH ĐƯỜNG KÍNH VÀ CHIỀU CAO THÁP 30 3.1 Đường kính tháp 30 3.1.1 Đường kính đoạn luyện 30 3.1.2 Đường kính đoạn chưng 35 3.2 Chiều cao tháp 40 CHƯƠNG 4: CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG TÍNH LƯỢNG HƠI ĐỐT CẦN CUNG CẤP 41 4.1 Cân nhiệt lương cho tháp chưng 41 4.1.1 Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang vào 41 4.1.2 Nhiệt lượng lỏng hồi lưu mang vào 42 4.1.3 Nhiệt lượng sản phẩm đáy mang 43 4.1.4 Nhiệt lượng mang đỉnh tháp 44 4.1.5 Nhiệt lượng tổn hao môi trường xung quanh 45 4.1.6 Nhiệt lượng đốt cung cấp cho đáy tháp lượng đốt đáy tháp 45 4.2 Lượng đốt cần cung cấp cho thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu 46 4.2.1 Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang vào 46 4.2.2 Nhiệt lượng hỗn hợp mang khỏi thiết bị 47 4.2.3 Lượng nhiệt trao đổi 47 4.2.4 Lượng nhiệt tổn hao môi trường 47 4.2.5 Lượng nhiệt cần để đun nóng hỗn hợp đầu 47 Tài liệu tham khảo 49 Trang ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ LỜI MỞ ĐẦU Trong thời kỳ Cổ tinh dầu chưng cất nhiều Vào thời kỳ chuyển tiếp kỷ (năm 1000), Axit Sulfuric Axit Nitric đặc biệt từ rượu (Etanol) khám phá chưng cất trở thành phương pháp quan trọng Thêm vào đó, kỷ XVII, việc chưng cất lấy nước từ nước biển chưng cất nhựa đường hắc ín để trét kín tàu Ứng dụng lâu đời để sản xuất rượu mạnh, nồng độ Etanol nâng lên cao tối đa 95,57% Xã hội đời sống người ngày phát triển nhu cầu sản phẩm tinh khiết nhu cầu cần thiết thiếu Kết hợp với phát triển khoa học kỹ thuật phương pháp nâng cao độ tinh khiết cải thiện đổi ngày Vì vậy, phương pháp chưng phổ biến Chưng phương pháp dùng tách hỗn hợp khí, lỏng thành cấu tử khác hỗn hợp Có nhiều phương pháp chưng: chưng đơn giản, chưng nước trực tiếp, chưng chân không, chưng liên tục, chưng gián đoạn Riêng chưng luyện có phương pháp: chưng luyện áp suất cao, chưng luyện áp suất thấp, chưng luyện áp suất thường Nước Axeton có nhiều ứng dụng đời sống Axeton sử dụng nhiều làm dung môi, phục vụ cho dược phẩm, mỹ phẩm hóa chất Còn nước chất thiếu sinh hoạt công nghiệp, nước dung môi phân cực mạnh hòa tan chất rắn, chất khí Vì vậy, ta dùng phương pháp chưng luyện liên tục để tạo sản phẩm tinh khiết Mục đích đồ án trình thiết bị thiết kế tính toán hệ thống chưng luyện hỗn hợp Axeton – Nước, thiết bị tháp đĩa Đồ án trình thiết bị giúp sinh viên tổng hợp kiến thức học vận dụng vào thực tế Học phần giúp sinh viên giải vấn đề thực tế quy trình công nghệ, kết cấu, giá thành thiết bị sản xuất hóa chất thực phẩm Trang ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI CHƯƠNG TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP CHƯNG LUYỆN 1.1 Chưng luyện gì? Chưng luyện phương pháp dùng để tách hỗn hợp chất lỏng hỗn hợp khí hóa lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ khác cấu tử hỗn hợp, nghĩa nhiệt độ áp suất cấu tử khác Khi chưng ta thu nhiều sản phẩm thường có cấu tử có nhiêu sản phẩm Đối với trường hợp chưng hỗn hợp có hai cấu tử sản phẩm đỉnh gồm cấu tử có độ bay lớn phần nhỏ cấu tử có độ bay bé bị theo sản phẩm đáy gồm cấu tử có độ bay bé cấu tử có độ bay lớn 1.2 Các phương pháp chưng luyện Trong sản xuất có nhiều phương pháp chưng chưng đơn giản, chưng nước trực tiếp, chưng chân không chưng luyện Tùy thuộc vào điều khiện sẵn có, tính chất hỗn hợp, yêu cầu độ tinh khiết sản phẩm mà ta chọn phương pháp chưng cho thích hợp - Chưng đơn giản dùng để tách hỗn hợp cấu tử có độ bay khác Phương pháp dùng để tách sơ làm cấu tử khỏi tạp chất - Chưng cất nước trực tiếp dùng để tách hỗn hợp gồm cấu tử khó bay tạp chất không bay hơi, thường dùng trường hợp chất tách không tan vào nước Trang ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ - Chưng chân không dùng trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi cấu tử Ví dụ trường hợp cấu tử hỗn hợp dễ bị phân hủy nhiệt độ cao hay trường hợp cấu tử có nhiệt độ sôi cao - Chưng luyện phương pháp phổ biến để tách hoàn toàn hỗn hợp cấu tử dễ bay có tính chất hòa tan phần hoàn toàn vào + Chưng luyện áp suất thấp dùng cho cấu tử hỗn hợp dễ bị phân hủy nhiệt độ cao có nhiệt độ sôi cao + Chưng luyện áp suất cao dùng cho hỗn hợp không hóa lỏng áp suất thường + Chưng luyện áp suất thường (áp suất khí quyển) dùng cho hỗn hợp không thuộc trường hợp 1.3 Nguyên tắc chưng luyện Chưng luyện trình tách hỗn hợp lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa sở độ bay khác cấu tử hỗn Hơi từ lên lỏng từ xuống hai pha tiếp xúc trực tiếp với xảy qúa trình tiếp xúc lỏng – Các cấu tử nhẹ tách lên trên, cấu tử nặng theo dòng lỏng xuống, trình tiếp xúc lỏng nhiều sản phẩm thu có chất lượng tốt Trên đỉnh tháp ta thu sản phẩm giàu cấu tử dễ bay đáy tháp ta thu sản phẩm toàn cấu tử có độ bay thấp 1.4 Hình vẽ hệ thống sơ đồ chưng luyện Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống chưng luyện liên tục 1.5 Thuyết minh sơ đồ công nghệ Hỗn hợp Axeton Nước có nồng độ Axeton 14% (phần mol) nhiệt độ khoảng 25oC thùng chứa nguyên liệu (1) bơm (2) bơm liên tục lên thùng cao vị (3) Trang ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ mức chất lỏng cao thùng cao vị khống chế nhờ ống chảy tràn, từ thùng cao vị hỗn hợp đưa vào thiết bị đun nóng (4) qua lưu lượng kế, nguyên liệu đun nóng đến nhiệt độ sôi nước bão hòa, từ thiết bị gia nhiệt (4) nguyên liệu đưa vào tháp chưng luyện (5) đĩa tiếp liệu, tháp từ lên lỏng từ xuống, nhiệt độ nồng độ cấu tử thay đổi theo đĩa tháp Hơi bay từ đĩa lên đĩa phía lỏng từ xuống, cấu tử có nhiệt độ sôi cao ngưng tụ lại cuối đỉnh ta thu sản phầm gồm hầu hết cấu tử dễ bay (Axeton) Hơi vào thiết bị ngưng tụ hồi lưu (6), phần hồi lưu tháp đĩa cùng, độ tinh khiết sản phẩm phụ thuộc vào lượng lỏng hồi lưu lại tháp, lỏng hồi lưu nhiều sảm phầm tinh khiết Phần lại đưa vào thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (8) Chất lỏng từ xuống gặp có nhiệt độ cao hơn, phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp bị bốc nên nồng độ cấu tử khó bay tăng lên Và cuối đáy tháp ta thu sản phẩm lỏng gồm hầu hết cấu tử khó bay (Nước), sản phầm đáy khỏi tháp phần gia nhiệt thiết bị (9) đưa vào tháp phần lại làm lạnh vào thùng chứa sản phẩm đáy (10) Như vậy, với thiết bị làm việc liên tục nguyên liệu đưa vào liên tục sản phẩm tháo liên tục 1.6 Sơ đồ tháp đĩa Hình 1.2 Sơ đồ tháp đĩa 1.7 Nguyên tắc hoạt động tháp đĩa: Tháp có nhiều đĩa, đĩa tháp ứng với nồi chưng sơ đồ Bộ phận đun nóng đáy tháp Hơi từ lên qua lỗ đĩa Chất lỏng chảy từ xuống theo ống chảy truyền Nồng độ cấu tử thay đổi theo chiều cao tháp, nhiệt độ sôi thay đổi tương ứng với thay đổi nồng độ Trang ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ Trên đĩa (1) chất lỏng chứa cấu tử dễ bay (Axeton) nồng độ x1, bốc lên từ đĩa có nồng độ cân với x1 y1, y1 > x1 Hơi qua lỗ lên đĩa tiếp xúc với chất lỏng đĩa Nhiệt độ đĩa thấp đĩa nên phần ngưng tụ lại, nồng độ x2 > x1 Hơi bốc lên từ đĩa có nồng độ tương ứng cân với x2 y2, y2 > x2 Hơi từ đĩa lên đĩa nhiệt độ đĩa thấp hơn, ngưng tụ phần chất lỏng đĩa có nồng độ x3 > x2 Tương tự vậy, cấu tử dễ bay (Axeton) lên đưa đỉnh tháp cấu tử khó bay (Nước) ngưng tụ đưa đáy tháp Trang ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HÓA CHẤT 2.1 Axeton (CH3)2CO 2.1.1 Tính chất Vật lý Axeton chất lỏng dễ cháy, không màu có mùi đặc trưng dạng Xeton đơn giản Axeton tan vô hạn nước phân cực dung môi hòa tan nhiều chất hữu - Công thức hóa học: CH3COCH3 - Khối lượng phân tử: 58 g/mol - Khối lượng riêng: 0,7908 g/cm3 - Nhiệt độ nóng chảy: – 94,6oC - Nhiệt độ sôi: 56,9oC 2.1.2 Tính chất hóa học - Phản ứng cộng: + Cộng với H2 cho rượu bậc II (CH3)2CO + H2 → (CH3)2CH–OH (Đk: Ni, nhiệt độ) + Cộng với NaHSO3 (trong dd bão hòa) (CH3)2CO + NaHSO3 → (CH3)2C(OH)SO3Na - Phản ứng Oxi hóa: CH3CO–CH3 + K2Cr2O7 + H2SO4 → CH3COOH + CO2 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O Trang ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ - Phản ứng với Amin (CH3)2C=O + H2N–R → (CH3)2C=N–R + H2O 2.1.3 Phương pháp điều chế - Từ Cumen(*) (Oxi hóa): C6H5 –CH(CH3)2 + O2 → C6H5C(CH3)2–O–OH C6H5–C(CH3)2–O–OH → C6H5OH + CH3COCH3 (*) Cumen điều chế từ benxen: C6H6 + CH3CH=CH2 → C6H5CH(CH3)2 - Từ CH3COOH: 2CH3COOH → CH3COCH3 +CO2 + H2O (Đk: 400oC) - Từ C2H5OH: 2C2H5OH + H2O → CH3COCH3 + CO2 + H2 (Đk: Nhiệt độ 400oC; Cr2O3 + Fe2O3) - Một số phương pháp khác: + Oxi hóa rượu bậc II: CH3CH(OH)CH3 + CuO → (CH3)2CO + Cu + H2O (Đk: Nhiệt độ) + Hidrat hóa ankin –I: CH3CCH + H2O → (CH3)2CO (Đk: Xt) + Từ muối Axit hữu cơ: (CH3COO)2Ca → CH3COCH3 + CaCO3 (Đk: nung khan) Trang ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ 2.1.4 Ứng dụng Axeton dung môi tốt cho nhựa số sợi tổng hợp Axeton dùng để pha loãng nhựa Dung môi Axeton sử dụng rộng rãi để làm chất tẩy rửa vật dụng thủy tinh phòng thí nghiệm giá thành thấp dễ bay Tuy sử dụng rộng rãi làm chất tẩy rửa, Axeton không hiệu trừ pha loãng nhiều Axeton sử dụng làm dung môi công nghiệp dược phẩm, thành phần tá dược số loại thuốc, để sản xuất rượu biến tính Axeton thành phần chất tẩy rửa sơn móng tay, chất tẩy keo siêu dính chất tẩy cho đồ gốm sứ, thủy tinh 2.2 Nước H2O 2.2.1 Tính chất Vật lý Trong điều kiện bình thường nước chất lỏng không màu, không mùi, không vị khối nước dày có màu xanh nhạt Nước dung môi phân cực mạnh Nước hợp chất chiếm phần lớn trái đất (khoảng 3/4 diện tích trái đất biển) cần cho sống - Công thức hóa học: H2O - Khối lượng phân tử: 18 g/mol - Khối lượng riêng: g/cm3 - Nhiệt độ nóng chảy, hóa rắn: 0oC - Nhiệt độ sôi: 100oC Trang 10 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ ytbA; (1 – ytbA) nồng độ phần mol trung bình Axeton Nước đoạn luyện T = tytbL + 273 Nhiệt độ làm việc trung bình tháp - Vận tốc trung bình ωgh = 0,05 × - ρxtb ρytb = 0,05 × 787,87769 1,81395 = 1,04204 (m/s) (STT2/186) Chọn vận tốc làm việc 85% vận tốc để thiết bị làm việc ổn định: Vận tốc làm việc: wL = 0,85 × ωgh = 0,85 × 1,04204 = 0,88574 (m/s) d Đường kính đoạn luyện Ta có: D = 0,0188 × gtb (ρy × ωy ) = 0,0188 × tb 1287,77536 1,81395 × 0,88574 = 0,53225 (m) 3.1.2 Đường kính đoạn chưng a Lượng trung bình đoạn chưng g’tb = Trong đó: g'n + g'1 (Kg/h) g’n lượng khỏi đĩa tháp g’1 lượng vào đĩa đoạn chưng g’tb lượng trung bình đoạn chưng Vì lượng khỏi đoạn chưng lượng vào đoạn luyện nên ta có: g’n = g1 Trang 35 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ g’tb = - g1 + g'1 (Kg/h) Hệ phương trình cân vật liệu nhiệt lượng cho đoạn chưng G'1 = g'1 + GW G'1 × x'1 = g'1 × yw + Gw × xw g'1 × r'1 = g1 × r1 = g'n × r'n Trong đó: (*) G’1 lượng lỏng vào đoạn chưng g’1 lượng vào đoạn chưng x’1 hàm lượng lỏng phần khối lượng r’n ẩn nhiệt hóa hỗn hợp vào đĩa đoạn chưng r’1 ẩn nhiệt hóa hỗn hợp vào đĩa thứ đoạn chưng r1 ẩn nhiệt hóa hỗn hợp vào đĩa đoạn chưng rA, rB ẩn nhiệt hóa Axeton Nước y’1 = y*w nồng độ cân tương ứng với xw Dựa vào đồ thị cân lỏng ta có: xw = 0,0005 ta có yw = 0,00634 (phần mol) yw = = 0,00634 × MA 0,00634 × MA + - 0,00634 × MB 0,00634 × 58 0,00634 × 58 + - 0,00634 × 18 Mặt khác ta có: = 0,02015 (phần khối lượng) r’1 = rA × y’1 + (1 – y’1) × rB Trang 36 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ r’n = r’A × y’n + (1 – y’n) × rB Từ xw = 0,0005 nội suy từ (ST-T2/148) suy toC = 99,98oC Tính r’1 hỗn hợp đáy 99,98oC nên ta phải tính rA, rB 99,98oC (Bảng I.212STT1/254) Vậy t, oC 60oC 99,98 oC 100oC rA (J/Kg) 519163,20 473129,50 473108,40 rB (J/Kg) 2424157,20 2256761,92 2256685,20 r’1 = rA × y’1 + (1 – y’1) × rB = 473129,50 × 0,02015 + (1 – 0,02015) × 2256761,92 = 2220830,528 (J/Kg) Vậy ta có hệ phương trình giải hệ ta - G'1 = g'1 + 1628,44405 G'1 × x'1 = g'1 × 0,81422 g'1 × 2220830,528 = 827937512,61 G'1 = 20012,4757 g'1 = 327,80352 x'1 = 0,00159 Lượng trung bình đoạn chưng g’tb = g'n + g'1 = g1 + g'1 = 327,80352 + 1075,96182 b Lượng lỏng trung bình đoạn chưng - Lượng lỏng trung bình đoạn chưng G’tb = G' + G' = G'1 + G1 + GF Trang 37 = 724,38267 (kg/h) ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ = - 2001,24757 + 204,40587 + 2500 = 2525,82672 (kg/h) Khối lượng riêng trung bình pha lỏng ρxtb Trong đó: = atbA ρxtbA = - atbA (ST-T2/183) ρtbB ρxtb Khối lượng riêng trung bình pha lỏng (Kg/m3) ρxtbA Khối lượng riêng trung bình cấu tử A (Kg/m3) ρxtbB Khối lượng riêng trung bình cấu tử B (Kg/m3) atbA Nồng độ khối lượng trung bình cấu tử A (Kg/Kg) - Nồng độ trung bình pha lỏng xtb = xF + xW = 0,14 + 0,0005 = 0,07025 Từ bảng IX.2a-ST-T2/148 ta nội suy có totb = 97,42533oC Phần mol 0,00 7,025 60,30 Nhiệt độ 100,00 97,42533 77,90 Khối lượng riêng Axeton Nước (ST-T1/9) theo t = ttbl = 97,42533 oC ρxA = 696,34707 (Kg/m3) - atbC = ρxB = 959,80227 (kg/m3) Nồng độ khối lượng trung bình Axeton: aF + aW = 0,34407 + 0,00161 = 0,17284 Trang 38 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ atb ρxtb = ρxA + - atb -1 0,17284 = ρxB 696,347 + - 0,17284 -1 959,802 = 900,89157 (Kg/m3) c Vận tốc trung bình đoạn chưng - Thành phần trung bình đoạn chưng yđC = y’1 = yW = 0,00634 (phần mol) ycC = y1 = 0,66040 (phần mol) ytbA = yđC + ycC = 0,00634 + 0,66040 = 0,33337 (Phần lượng) yđC, ycC Nồng độ pha làm việc đầu cuối đoạn chưng - Khối lượng riêng trung bình pha tính theo Ta có: ytbA = 0,33337 (phần mol) Từ bảng IX.2a-ST-T2/148 ta nội suy có totb = 87,78205oC Phần mol 80,30 33,337 82,70 Nhiệt độ 64,50 87,78205 62,70 ρy = tb = ytbA × MA + 1 - ytbA × MB × 273 22,4 × tytbC + 273 0,33337 × 58 - 0,33337 × 18 22,4 × (87,78205 + 273) × 273 = 1,05851 (Kg/m3) (ST-T2/183) ytbA; (1 – ytbA) nồng độ phần mol trung bình Axeton Nước đoạn chưng Trang 39 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ T = tytbL + 273 Nhiệt độ làm việc trung bình tháp - Vận tốc trung bình ωgh = 0,05 × - ρxtb ρytb = 0,05 × 900,89 1,05851 = 1,45868 (m/s) (STT2/186) Chọn vận tốc làm việc 85% vận tốc để thiết bị làm việc ổn định: Vận tốc làm việc: wL = 0,85 × ωgh = 0,85 × 1,45868 = 1,23987 (m/s) d Đường kính đoạn chưng Ta có: D = 0,0188 × g'tb (ρy × ωy ) = 0,0188 × tb 724,384 1,05851 × 1,45868 = 0,32(m) 3.2 Chiều cao tháp - Chiều cao tháp xác định theo công thức sau: H = Ntt × (h + δ) + Δh (ST-T2/169) Trong đó: Ntt Số đĩa thực tế δ Chiều dày đĩa, chọn δ = 10mm = 0,01m h Khoảng cách hai đĩa (m), chọn theo bảng IX.5 ST-T2 h = 350cm = 0,35m Δh Khoảng cách cho phép đỉnh đáy tháp (0,8 ÷ 1) chọn Δh = H = 33 × (0,35 + 0,01) + = 12,88 (m) ≈ 13 (m) (làm tròn) Trang 40 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CHƯƠNG 4: CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG TÍNH LƯỢNG HƠI ĐỐT CẦN CUNG CẤP 4.1 Cân nhiệt lương cho tháp chưng Phương trình cân lượng: QF + QD1 + QR = QY + QW + Qm Trong đó: QF Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang vào tháp (J/h) QD1 Nhiệt lượng đốt mang vào tháp (J/h) QR Nhiệt lượng lỏng hồi lưu mang vào (J/h) QY Nhiệt lượng mang đỉnh tháp (J/h) QW Nhiệt lượng sản phẩm đáy mang (J/h) Qm Nhiệt lượng mát môi trường (J/h) 4.1.1 Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang vào QF = G F × C F × t F Trong đó: GF Lượng hỗn hợp đầu GF = 2500 (Kg/h) CF Nhiệt dung riêng hỗn hợp đầu tF Nhiệt độ hỗn hợp đầu tF = 67,59oC Nhiệt dung riêng CF CF = CA × aF + CB × (1 – aF) CA, CB nhiệt dung riêng Axeton nước Trang 41 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ Nhiệt dung riêng hỗn hợp tF = 67,59oC (B.154-QTT1/172) toC 60oC 67,59oC 80oC CA, J/Kg.oC 2305 2329,57 2370 CB, J/Kg.oC 4190 4190 4190 CF = 2328,57 × 0,34407 + 4190 × (1 – 0,34407) = 3549,88595 (J/Kg.oC) Vậy: QF = 2500 × 3549,88595 × 67,59 = 599575736,81 (J/h) = 166,5488 (KW) 4.1.2 Nhiệt lượng lỏng hồi lưu mang vào QR = GR × CR × tR Trong đó: GR Lượng lỏng hồi lưu (Kg/h) GR = GP × Rx = 871,55595 × 0,72059 = 624,03296 (Kg/h) tR nhiệt lượng lượng lỏng hồi lưu Lượng lỏng hồi lưu (sau qua thiết bị ngưng tụ) trạng thái sôi, có nồng độ nồng độ đỉnh tháp: x = yP = 0,9715 tR = 57,2oC CR Nhiệt dung riêng lượng lỏng hồi lưu (J/Kg.oC) (B.154-QTT1/172) toC 40oC 57,2oC 60oC CA, J/Kg.oC 2240 2295,9 2305 CB, J/Kg.oC 4175 4187,9 4190 Nồng độ lỏng hồi lưu nồng độ sản phẩm đỉnh aR = aP = 0,98393 Trang 42 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CR = CA × aR + CB × (1 – aR) = 2295,9 × 0,98393 + 4187,9 × (1 – 0,98393) = 2326,3074 (J/Kg.oC) Vậy: QR = 624,03296 × 2364,38518 × 57,2 = 83179131,01 (J/h) = 23,1053 (KW) 4.1.3 Nhiệt lượng sản phẩm đáy mang Q W = G W × CW × t W Trong đó: GW Lượng sản phẩm đáy GW = 1628,44405 (Kg/h) CW Nhiệt dung riêng sản phẩm đáy tw Nhiệt độ hỗn hợp đầu tW = 99,779oC Nhiệt dung riêng CW CW = CA × aW + CB × (1 – aW) Nhiệt dung riêng hỗn hợp tF = 99,779oC (B.154-QTT1/172) toC 80oC 99,779oC 100oC CA, J/Kg.oC 2370 2434,282 2435 CB, J/Kg.oC 4190 4229,558 4230 CW = 2434,282 × 0,00161 + 4229,558 × (1 – 0,00161) = 4226,668 (J/Kg.oC) Vậy: QW = 1628,44405 × 4226,66882 × 99,779 = 686768250,46059 (J/h) = 190,76896 (KW) Trang 43 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ 4.1.4 Nhiệt lượng mang đỉnh tháp QY = GP × (1 + Rx) × λđ (J/h) λđ Hàm nhiệt (nhiệt lượng riêng) đỉnh tháp (J/Kg) λđ = λA × a + λB × (1 – a) λA, λB Nhiệt lượng riêng Axeton Nước (J/Kg) λA = rA + CA × λB = rB + CB × Mà A, B A B = tR = 57,2oC Tra bảng nhiệt dung riêng t = 57,2oC (B.154-QTT1/172) toC 40oC 57,2oC 60oC CA, J/Kg.oC 2240 2295,9 2305 CB, J/Kg.oC 4175 4187,9 4190 Tra bảng nhiệt hóa t = 57,2oC (BI.212-QTT1/254) toC 20oC 57,2oC 60oC rA, J/Kg 552658 521507,8 519163 rB, J/Kg 2445091 2425622,6 2424157 λA = 521507,8 + 2295,9 × 57,2 = 652833,288 λB = 2425622,6 + 4187,9 × 57,2 = 2665170,46 λđ = 652833,288 × 0,98393 + 2665170,46 × (1 – 0,98393) = 685174,4221 (J/h) Vậy: QY = 871,55595 × (1 + 0,72059) × 685174,4221 = 1025472145,213 (J/h) = 284,853 (KW) Trang 44 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ 4.1.5 Nhiệt lượng tổn hao môi trường xung quanh Nhiệt lượng môi trường lấy 5% nhiệt lượng tiêu tốn: Qm = 0,05 × D1 × r = 0,05 × 506,1231 × 2135759,49 = 540,478 × 105 (J/h) = 15,013 (KW) 4.1.6 Nhiệt lượng đốt cung cấp cho đáy tháp lượng đốt đáy tháp Tra bảng nhiệt hóa nước bão hòa Phd = at (STT1/312) Phd 3,685 4,0 4,2380 r 2150000 2135759,49 2125000 QD1 = QW + QY + Qm – QF – QR = D1 × r D1 = = QD1 = QW + QY - QF - QR 0,95 × r 6867,68250 × 105 + 10254,72145 × 105 - 5995,75736 × 105 - 831,79131 × 105 0,95 × 21,35759 × 105 = 506,1231 (Kg/h) QD1 = 506,1231 × 2135759,49 = 10809,57346 × 105 (J/h) = 300,266 (KW) Trang 45 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ 4.2 Lượng đốt cần cung cấp cho thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu Phương trình cân thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu QD2 + QF’ = QF’’ + Q’m Trong đó: QD2 Nhiệt lượng đốt mang vào (J/h) QF’ Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang vào (J/h) QF’’ Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang (J/h) Q’m Nhiệt lượng mát môi trường (J/h) 4.2.1 Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang vào QF’ = GF × CF’ ×tF GF Lượng hỗn hợp đầu GF = 2500 (Kg/h) tF Nhiệt độ hỗn hợp đầu tF = 25oC CF’ Nhiệt dung riêng hỗn hợp đầu Tra bảng nhiệt dung riêng tF = 25oC (B.154-QTT1/172) toC 20oC 25oC 40oC CA, J/Kg.oC 2180 2195 2240 CB, J/Kg.oC 4180 4178,75 4175 CF’ = CA × aF + CB × (1 – aF) = 2195 × 0,34407 + 4178,75 × (1 – 0,34407) = 3496,2055(J/Kg.oC) Vậy: QF’ = 2500 × 3496,2055 × 25 = 218512844,2796 (J/h) = 60,6980 (KW) Trang 46 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ 4.2.2 Nhiệt lượng hỗn hợp mang khỏi thiết bị QF’’ = QF = 599575736,81 (J/h) = 166,5488 (KW) 4.2.3 Lượng nhiệt trao đổi QTrao đổi = QF’’ – QF’ = 5995,75736 × 105 – 2185,12844 × 105 = 3810,62892 × 105 (J/h) = 106,3026 (KW) 4.2.4 Lượng nhiệt tổn hao môi trường Nhiệt lượng môi trường lấy 5% nhiệt lượng tiêu tốn: Qm’ = 0,05 × QD2 × r = 0,05 × 187,143 × 2135759,49 = 200,0574 (J/h) = 9,367 (KW) 4.2.5 Lượng nhiệt cần để đun nóng hỗn hợp đầu QD2 = D2 × r = QTrao đổi + Qm’ D2 = QTrao đổi 0,95 × r = 3810,62892 × 105 0,95 × 21,35759 × 105 = 187,143 (Kg/h) QD2 = 178,17507 × 2260872 = 4001,148 × 105 (J/h) = 111,143 (KW) Trang 47 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ LỜI CẢM ƠN Sau thời gian cố gắng tìm, đọc, tra cứu số tài liệu tham khảo, với giúp đỡ tận tình thầy cô giáo khoa Công nghệ hóa học, em hoàn thành nhiệm vụ giao Qua trình tiến hành này, em rút số nhận xét sau: - Việc thiết kế tính toán hệ thống chưng luyện việc làm phức tạp, tỉ mỉ lâu dài Nó yêu cầu người thiết kế phải có kiến thức thực sâu trình chưng luyện mà phải biết số lĩnh vực khác như: cấu tạo thiết bị phụ khác, quy định vẽ kỹ thuật, … - Các công thức tính toán không gò bó môn học khác mà mở rộng dựa giả thiết điều kiện, chế độ làm việc thiết bị Bởi tính toán, người thiết kế tính toán đến số ảnh hưởng điều kiện thực tế, nên đem vào hoạt động, hệ thống làm việc ổn định Không có vậy, việc thiết kế đồ án môn học trình thiết bị giúp em củng cố thêm kiến thức trình chưng luyện nói riêng trình khác nói chung; nâng cao kỹ tra cứu, tính toán, xử lý số liệu; biết cách trình bày theo văn phong khoa học nhìn nhận vấn đề cách có hệ thống Để hoàn thành nhiệm vụ thiết kế giao, em xin chân thành cảm ơn Cô Mai Thị Phương Chi người hướng dẫn em từ đầu đồ án tới em kết thúc giúp em hoàn thành tốt nhiệm vụ thiết kế Mặc dù cố gắng để hoàn thành tốt nhiệm vụ, song hạn chế tài liệu, kinh nghiệm thực tế, nên không tránh khỏi thiếu sót trình thiết kế Em mong cô xem xét dẫn thêm Em xin chân thành cảm ơn! Trang 48 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ Một số tài liệu tham khảo - Sổ tay Quá Trình & Thiết Bị Công Nghệ Hóa Chất Tập - Sổ tay Quá Trình & Thiết Bị Công Nghệ Hóa Chất Tập - Tính toán Quá Trình & Thiết Bị Công Nghệ Hóa Chất Tập - Một số tài liệu tra cứu khác Trang 49 ... khác hỗn hợp Có nhiều phương pháp chưng: chưng đơn giản, chưng nước trực tiếp, chưng chân không, chưng liên tục, chưng gián đoạn Riêng chưng luyện có phương pháp: chưng luyện áp suất cao, chưng luyện. .. môi phân cực mạnh hòa tan chất rắn, chất khí Vì vậy, ta dùng phương pháp chưng luyện liên tục để tạo sản phẩm tinh khiết Mục đích đồ án trình thiết bị thiết kế tính toán hệ thống chưng luyện hỗn. .. định số đĩa lý thuyết Dựa vào đồ thị x – y ta xác định số địa lý thuyết tháp: - Số đĩa lý thuyết tháp 13 đĩa - Số đĩa đoạn luyện đĩa - Số đĩa đoạn chưng đĩa 2.4 Xác định số đĩa thực tế - Số đĩa thực