Họ và tên HSSV: La Văn Hoàng Lớp: Đại Học Hóa1 Khóa : 09 Khoa: Công Nghệ Hóa Giáo viên hướng dẫn: Phạm Thị Thanh Yên NỘI DUNG Chưng luyện hỗn hợp rượu CH3OHH2O tháp đĩa lỗ không ống chảy chuyền: năng suất 13 tấnh, nồng độ đầu vào 25% KL CH3OH, sản phẩm đỉnh 91% KL CH3OH, sản phẩm đáy 1.8 % KL Vẽ dây truyền sản xuất Họ và tên HSSV: La Văn Hoàng Lớp: Đại Học Hóa1 Khóa : 09 Khoa: Công Nghệ Hóa Giáo viên hướng dẫn: Phạm Thị Thanh Yên NỘI DUNG Chưng luyện hỗn hợp rượu CH3OHH2O tháp đĩa lỗ không ống chảy chuyền: năng suất 13 tấnh, nồng độ đầu vào 25% KL CH3OH, sản phẩm đỉnh 91% KL CH3OH, sản phẩm đáy 1.8 % KL Vẽ dây truyền sản xuất Họ và tên HSSV: La Văn Hoàng Lớp: Đại Học Hóa1 Khóa : 09 Khoa: Công Nghệ Hóa Giáo viên hướng dẫn: Phạm Thị Thanh Yên NỘI DUNG Chưng luyện hỗn hợp rượu CH3OHH2O tháp đĩa lỗ không ống chảy chuyền: năng suất 13 tấnh, nồng độ đầu vào 25% KL CH3OH, sản phẩm đỉnh 91% KL CH3OH, sản phẩm đáy 1.8 % KL Vẽ dây truyền sản xuất
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa BỘ CƠNG THƯƠNG CƠNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Độc lập-Tự do-Hạnh phúc ĐỒ ÁN MƠN HỌC Q TRÌNH THIẾT BỊ Số: Họ tên HS-SV: La Văn Hoàng Lớp: Đại Học Hóa1 Khóa : 09 Khoa: Cơng Nghệ Hóa Giáo viên hướng dẫn: Phạm Thị Thanh Yên NỘI DUNG Chưng luyện hỗn hợp rượu CH3OH-H2O tháp đĩa lỗ không ống chảy chuyền: suất 13 tấn/h, nồng độ đầu vào 25% KL CH3OH, sản phẩm đỉnh 91% KL CH3OH, sản phẩm đáy 1.8 % KL Vẽ dây truyền sản xuất stt Tên vẽ Khổ giấy Số lượng Vẽ dây chuyền sản xuất A4 01 Vẽ hệ thống tháp chưng luyện A0 01 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng Nghệ Hóa 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: công nghiệp hóa đại hóa đất nước Trong tiến trình cơng nghiệp hóa đại hóa đất nuớc ngành kinh tế mũi nhọn:công nghệ thông tin ,công nghệ sinh học cơng 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 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 PHẦN1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chưng luyện Chưng phương pháp dùng để tách hỗn hợp chất lỏng ( hỗn hợp khí hóa lỏng) thành cấu tử riêng biệt , dựa đọ bay khác cấu tử hỗn hợp Chúng ta thực hiên nhiều phương pháp chưng khác chưng gián đoạn, chưng lien tục,chưng đơn giản chưng đặc biệt( chưng luyện hỗn hợp đẳng phí, chưng phân tử,chưng nước trực tiếp,chưng trích ly) Ngày chưng ứng dụng rộng rãi để tách hỗn hợp: Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa Dầu mỏ,các tài nguyên khai thác dạng lỏng Khơng khí hóa lỏng Q trình tổng hợp hữu thường cho sản phẩm dạng hỗn hợp chất lỏng Công nghê sinh học thường cho sản phẩm hỗn hợp chất lỏng etylic-nước từ trình lên men Khi chưng, hỗn hợp đầu chứa cấu tử ta thu nhiêu cấu tử sản phẩm.Để thu sản phẩm đỉnh tinh khiết ta tiến hành chưng nhiều lần hay gọi chưng luyện Trong q trình sản xuất metylic thường kèm theo nhiều sản phẩm phụ nước.Vì nồng độ độ tinh khiết metylic không cao.Trong phần đồ án trình bày thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ để phân tách hỗn hợp metylic-nước Hỗn hợp ban đầu gồm hai cấu tử metylic nước nên gọi chưng luyện hỗn hợp hai cấu tử.Metylic-Nước phân tách thành hai cấu tử riêng biệt nhờ phương pháp chưng luyện liên tục với tháp chưng loại tháp đĩa lỗ làm việc áp suất thường (1at) với hỗn hợp đầu gia nhiệt đến nhiệt độ sơi Sau q trình chưng luyện , ta thu sản phẩm đỉnh cấu tử có độ bay lớn hơn(metylic) phần nhỏ cấu tử khó bay (nước).Sản phẩm đáy chủ yếu cấu tử khó bay hơi(nước) phần cấu tử dễ bay (metylic) Trong suốt trình tính tốn thiết kế, hưóng dẫn trực tiếp giúp đỡ nhiệt tình ……cũng với nỗ lực cố gắng thân đồ án thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ để phân tách Metylic – Nước với thông số nội dung đề tài giao em hoàn thành với nội dung sau: 1.2 Giới thiệu Metylic Nước 1.2.1 Tính chất lý hóa rượu Metylic Tính chất lý học : Rượu Metylic chất lỏng không màu tan vơ hạn nước , có mùi vị đặc trưng , độc , lượng nhỏ xâm nhập vào thể gây mù lòa, lượng lớn gây tử vong + Nhiệt độ sôi áp suất khí = 64.50C Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng Nghệ Hóa + Khối lượng riêng 200C 791.7 Kg/m3 + Độ nhớt 200C µ = 0.6 × 103 N.s/m3 = 0.6cp + Hệ số dẫn nhiệt 200C λ = 0.179kcal/m.h.độ = 0.2082 W/m.độ + Nhiệt dung riêng 200C Cp = 2570 J/kg.độ + Nhiệt hóa r = 262.79 kcal/kg 64.50C + Nhiệt độ nóng chảy – 97.80C Tính chất hóa học: Rượu Metylic có cơng thức phân tử : CH3OH Phân tử lượng : 32 đvC Trong phân tử rượu metylic có loại liên kết : C – H , C – O , O – H liên kết sau liên kết cộng hóa trị phân cực độ âm điện O lớn C H nên hai liên kết cặp electron góp chung lệch phía O làm cho nguyên tử H trở nên linh hoạt Rượu metylic có khả tham gia phản ứng sau : - Làm phá vỡ C – OH với tách nhóm – OH - Làm phá vỡ liên kết – O – H với tách – H - Bị oxy hóa thành fomanđêhit CH3OH + CuO HCHO + Cu Rượu metylic ứng dụng để sản xuất anđêhitfomic làm nguyên liệu cho cơng nghệ chất dẻo 1.2.2 Tính chất lý hóa nước + Nước chất lỏng khơng màu, không mùi , không vị + Nhiệt độ sôi 760mmHg 1000C + Hóa lỏng 00C + Khối lượng riêng 250C 997.08 Kg/m3 + Độ nhớt 250C = 0.8937 ì 103 N.s/m3 = 893.7cp + Nhiệt dung riêng 250C Cp = 0.99892 kcal/kg.độ +Nhiệt hóa áp suất khí r = 540 kcal/kg + Nước có cơng thức phân tử H2O ,cơng thức cấu tạo H – O – H + Nước hợp chất phân cực mạnh hòa tan nhiều chất rắn, lỏng, khí + Nước cần thiết cho sinh hoạt hàng ngày , sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, xây dựng , gia thông vận tải + Nước dùng để điều chế oxy Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng Nghệ Hóa 1.3 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ 1.3.1 Dây chuyền sản xuất : Hệ thống thiết bị công nghệ chưng luyện liên tục tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền tổng quát gồm có : (1) : Bơm ly tâm (2) : Thùng cao vị (3) : Thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu dùng để đưa hỗn hợp đầu tới nhiệt độ làm việc Sử dụng thiết bị loại ống chùm, dùng nước bão hồ để đun nóng có hệ số cấp nhiệt lớn, ẩn nhiệt ngưng tụ cao Hơi nước bão hoà ống, lỏng ống (4) : Lưu lượng kế (5): Tháp chưng luyện: gồm có phần : phần gồm từ đĩa tiếp liệu trở lên đỉnh gọi đoạn luyện, phần gồm từ đĩa tiếp liệu trở xuống gọi đoạn chưng (6): Thiết bị ngưng tụ hoàn toàn sản phẩm đỉnh, nước lạnh ống (7) : Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh (8) : Thùng chứa sản phẩm đỉnh (9) : Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đáy Bộ phận đun bốc đáy tháp, đặt hay tháp (10) : Thiết bị tách nước ngưng (11) : Thùng chứa hỗn hợp đầu (12) : Bộ phận phân phối lỏng (13) : Van xả khí khơng ngưng (14) : Thùng chứa sản phẩm đáy Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa THUYẾT MINH SƠ ĐỒ 13 P T NƯỚ C NÓ NG NƯỚ C NÓ NG 12 NƯỚ C HO I NU ? C HƠI NƯỚ C NƯỚ C T 10 NƯỚC NGƯNG 14 11 Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ tháp đĩa lỗ khơng có ống chảy truyền Hỗn hợp chứa thùng chứa(11),được bơm ly tâm (1)bơm lên thùng cao vị có cửa chảy tràn dùng để khống chế mức chất lỏng thùng, hỗn hợp đầu từ thùng cao vị tự chảy xuống thiết bị gia nhiệt(3) trình theo dõi đồng hồ lưu lượng (4) dùng nước bão hòa Sau hỗn hợp đầu gia nhiệt tới nhiệt độ sôi đưa vào đĩa tiếp liệu tháp chưng luyện(5) Trong tháp từ lên tiếp xúc trực tiếp với lỏng từ xuống xảy trình bốc ngưng tụ nhiều lần, nồng độ cấu tử thay đổi theo chiều cao tháp nhiệt độ hỗn hợp thay đổi theo Khi bay lên đĩa có thành Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa phần cấu tử dễ bay y1 sục trực tiếp vào lớp lỏng đĩa có thành phần cấu tử dễ bay x1 ( x1x1; y2>y1 dẫn đến đĩa sục vào đĩa Quá trình xảy tương tự nhiều lần cuối đỉnh tháp thu hầu hết cấu tử dễ bay phần cấu tử khó bay Hơi từ đỉnh tháp vào thiết bị hồi lưu ngưng tụ , phần ngưng tụ quay trở lại tháp Phần lại đưa vào thiết bị làm nguội cho vào thùng chứa sản phẩm đỉnh Chất lỏng hồi lưu từ xuống dưới, gặp có nhiệt độ cao từ lên, phần cấu tử có nhiệt độ cao tiếp tục ngưng tụ thành lỏng xuống Do nồng độ cấu tử khó bay pha lỏng ngày nhiều, cuối đáy tháp ta thu hỗn hợp lỏng gồm hầu hết cấu rử khó bay phần cấu tử dễ bay hơi, hỗn hợp lỏng đưa khỏi đáy tháp qua thiết bị phân dòng, phând đươcj đưa thùng chứa sản phẩm đáy phần hồi lưu đáy tháp Thiết bị có tác dụng đun sơi tuần hồn bà bốc sản phẩm đáy( tạo dòng từ lên tháp) Nước ngưng thiết bị gia nhiệt tháo qua thiết bị nước ngưng Tháp chưng luyện làm việc chế độ liên tục, hỗn hợp đầu sản phẩm lấy liên tục PHẦN2 TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH 2.1 Các ký hiệu thường dùng đồ án - F: Lượng hỗn hợp đầu, kg/h (hoặc kg/s, kmol/h) - P: Lượng sản phẩm đỉnh, kg/h (hoặc kg/s, kmol/h) - W: Lượng sản phảm đáy, kg/h (hoặc kg/s, kmol/h) - Các số F, P, W : tương ứng đại lượng thuộc hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy Metylic Nước - a: nồng độ phần khối lượng cấu tử dễ bay hơi, kg nước /kg hỗn hợp - x: nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi, kmol nước/kmol hỗn hợp Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng Nghệ Hóa - M: Khối lượng mol phân tử, kg/kmol - : độ nhớt, Ns/m2 - : khối lượng riêng, kg/m3 - Các số A, B, x, y, hh: tương ứng đại lượng thuộc cấu tử Metylic, nước, thành phần lỏng, thành phần hỗn hợp - Ngoài ra, ký hiệu cụ thể khác định nghĩa chỗ Các số liệu ban đầu : Hỗn hợp cần tách : Metylic – Nước Năng suất hỗn hợp đầu: F = 13000 kg/h Nồng độ cấu tử dễ bay hơi: Hỗn hợp đầu ( phần khối lượng ) : aF = 25% Sản phẩm đỉnh ( phần khối lượng ) : ap = 91% Sản phẩm đáy ( phần khối lượng ) : aw = 1.8% Tháp làm việc áp suất thường , hỗn hợp đầu gia nhiệt đến nhiệt độ sơi 2.2 Tính tốn cân vật liệu tồn tháp 2.2.1 Tính cân vật liệu - Phương trình cân vật liệu cho tồn tháp GF = GP + GW - Đối với cấu tử dễ bay hơi: GF.aF = GP.ap+ GW.aw - Lượng sản phẩm đỉnh là: - Lượng sản phẩm đáy là: W=F–P Đầu cho: F = 13000kg/h Vậy ta có lượng sản phẩm đỉnh là: Kg/h - Lượng sản phẩm đáy là: W = F - P = 13000– 3381.166 = 9618.834 Kg/h Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng Nghệ Hóa 2.2.2 Đổi nồng độ phần khối lượng sang nồng độ phần mol: áp dụng công thức: Trong : aA, aB Nồng độ phần khối lượng Metylic Nước MA, MB : Khối lượng mol phân tử Metylic Nước Với: Ma = M CH3OH = 32 (Kg/kmol) MB = MH2O = 18 ( Kg/kmol) Thay số liệu vào ta có: phần mol phần mol phần mol * Tính khối lượng phân tử trung bình hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy - Khối lượng phân tử trung bình hỗn hợp đầu: MF = xF.MA + (1 - xF).MB MF = 0.1579*32 + (1- 0.1579)*18 MF = 20.21 Kg/Kmol - Khối lượng phân tử trung bình sản phẩm đỉnh: Mp = xp.MA + (1 - xp).MB Mp = 0.85*32 + (1- 0.85)*18 Mp = 29.9 Kg/Kmol - Khối lượng phân tử trung bình sản phẩm đáy: Mw = xw.MA + (1 - xw).MB Mw = 0.01*32 + (1- 0.01)*18 Mw = 18.14 Kg/Kmol * Đổi đơn vị F, P, W từ Kg/h sang Kmol/h P= W= F-P= 643.246-113.082= 530.164 ( Kmol/h) Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng Nghệ Hóa Xác định số bậc thay đổi nồng độ Xác định số hồi lưu tối thiểu (Rmin) Theo số liệu Bảng IX.2a (II.147) thành phần cân lỏng (x) – (y) nhiệt độ sôi hỗn hợp cấu tử Metylic – Nước 760 mmHg (% mol) ta có bảng sau: Bảng x 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 y 26.8 41.8 57.9 66.5 72.9 77.9 82.5 87 91.5 95.8 100 o t C 100 92.3 87.7 81.7 78 75.3 73.1 71.2 69.3 67.6 66 64.5 Từ số liệu bảng ta vẽ đồ thị đường cân lỏng (x) – (y) [Hình 1], với giá trị xF =0,1579 ta dóng lên đường cân tìm giá trị y*F = 0.51122 Hình 1: Đồ thị đường cân lỏng – 10 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng Nghệ Hóa Hình biểu diễn ống nhập liệu Ống nối thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu với tháp đĩa tiếp liệu F= 13000(Kg/h) = 3.611 Kg/s Hỗn hợp dầu vào hỗn hợp lỏng aF = 0,25 (Kg/Kg) Chất lỏng tự chảy ống (m/s) Tại tF = 84.174oC tra bảng I.2 Nội suy 731.3533 (kg/m3) (Kg/m3) Vậy 896.23657 (kg/m3) V= (m3/s) Vậy : (m) Quy tròn d = 0,15m = 150mm Chiều dài ống nối 130 mm 34.2.4 Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy Hình biểu diễn ống dẫn sản phẩm đáy - Lưu lượng sản phẩm đáy w= 9618.843 (kg/h) - Sản phẩm đáy hỗn hợp lỏng tự chảy 0.4(m/s) Có aw = 0,018 Kg/Kg 82 Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng Nghệ Hóa Tại tw =98.410C Nội suy ta có: 715.7246 (kg/m3) (Kg/m3) Vậy : 953.2706 (kg/m3) =2.8028.10-3 Vậy: (m) Quy tròn d = 0,1 m = 100 mm Chiều dài ống nối 120 mm 34.2.5 Đường kính ống dẫn hồi lưu sản phẩm đáy - Lượng hồi lưu đáy tháp g1’ = 1.34559 Kg/s Tại tw = 98.410C (kg/m3) V = \f(g,ρ =2.26 Chọn tốc độ sản phẩm đáy hồi lưu là: ω = 25 (m/s) Vậy : (m) Quy chuẩn d = 0,35 m = 350mm Chiều dài ống nối 150 mm 34.3 Tính đáy nắp thiết bị: 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 34.3.1 Chiều dày nắp Trong đó: Pn = P= 148300.88 N/m2 : hệ số bền mối hàn; k: hệ số hiệu chỉnh hb: chiều cao nắp C: hệ số hiệu chỉnh C= 1,8.10-3 m 83 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng Nghệ Hóa Và có tăng thêm chút tùy thuộc chiều dày: Thêm 2mm S-C < 10mm Thêm 1mm 0< S-C