Do an thap chug cat+Thiet bi phu

Trường Đại Học Cơng Nghiệp TP.HCM Trung Tâm TNTH Hóa Học Tháp chưng cất liên tục hỗn hợp benzen – toluen MỤC LỤC: …………………………………………………………………………… Lời nói đầu: …………………………………………………………………………… CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHƯNG CẤT 1.1 Cơ sỏ lý thuyết củ trình chưng cất:…………………………………………… 1.2 Lựa chọn phương pháp làm việc:………………………………………………… 1.2.1 Chưng đơn giản:………………………………………………………… 1.2.1 Chưng cất phức tạp ……………………………………………………… 1.2.3 Chưng chân không: ……………………………………………………… 1.3 Giới thiệu loại tháp chưng cất: ……………………………………………… 1.4 Cấu tạo ngun tắc hoạt động tháp đĩa hình chóp: ………………………… 1.4.1 Cấu tạo: ………………………………………………………………… 1.4.2 Nguyên tắc hoạt động: …………………………………………………… 1.5 Quá trìng làm việc: ………………………………………………………………… 1.6 Sản phẩm q trình chưng cất………………………………………………… 1.6.1 Tính chất lí hóa benzene: …………………………………………… 1.6.1.1 Tính chất vật lí benzen: ……………………………………… 1.6.1.2 Tính chất hóa học benzen: …………………………………… 1.6.1.3 Điều chế ứng dụng: …………………………………………… 1.6.2 Tính chất lí hóa toluen: ……………………………………………… 1.6.2.1 Tính chất vật lí toluen: ………………………………………… 1.6.2.2 Tính chất hóa học toluen:……………………………………… 1.6.2.3 Điều chế ứng dụng: …………………………………………… CHƯƠNG 2: TÍNH CƠNG NGHỆ………………………………………………… 2.1 Lưu lượng hỗn hợp đầu sản phẩm đáy: …………………………………… 2.2 Xác định số đĩa tháp:…………………… … ……………………………… 2.2.1 Đường cong cân - đồ thị t-x-y theo thực nghiệm: ………………… 2.2.2 Phương trình đường nồng độ làm việc: ………………………………… 2.2.3 Xác định số đĩa thực tế:…………………………………………………… 2.3 Tính đường kính thiết bị: …………………………………… ……………… 2.3.1 Đường kính đoạn luyện: …………………………………… ……… 2.3.1.1 Lượng trung bình đoạn luyện: ………………………… 2.3.1.2 Tốc độ trung bình đoạn luyện: ……………………… SVTH: Trần Thị Diệu Hiền GVHD: Trần Thanh Dũng Lớp : CĐHC5NLT Trường Đại Học Cơng Nghiệp TP.HCM Trung Tâm TNTH Hóa Học Tháp chưng cất liên tục hỗn hợp benzen – toluen 2.3.2 Đường kính đoạn chưng: …………………………………… ……… 2.3.2.1 Lương trung bình đoạn chưng: 2.3.2.2 Tốc độ trung bình đoạn chưng: ………………………… 2.4 Cân nhiệt lượng: …………………………………… ……………… 2.4.1 Cân nhiệt lượng thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu: 2.4.1.1 Nhiệt lượng đốt mang vào QD1: 2.4.1.2 Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang vào thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu Qf: …………………………………… …………………… 2.4.1.3 Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang khỏi thiết bị đun sôi QF: …… 2.4.1.4 Nhiệt lượng tổn hao môi trường xung quanh Qm: ……………… 2.4.1.5 Lượng đốt cần dùng đễ đun sôi hỗn hợp đầu: ………………… 2.4.2 Cân nhiệt lượng tháp chưng luyện: …………………………… 2.4.2.1 Lượng nhiệt lượng lỏng hồi lưu mang vào tháp QR: …………… 2.4.2.2 Nhiệt lượng sản phẩm đ áy mang Qw: ……………………… 2.4.2.3 Nhiệt lượng mang khỏi tháp chưng Qy: ………………… 2.4.2.4 Nhiệt lượng đốt mang vào để đun sôi hỗn hợp đáy tháp Qm: 2.4.3 Cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ hồi lưu: …………………… 2.4.4 Cân nhiệt lượng thiết bị làm lạnh: …………………………… 2.5 Tính kết cấu tháp chưng luyện: …………………………………… 2.5.1 Kết cấu đĩa phần luyện: …………………………………… ……… 2.5.2 Kết cấu đĩa đoạn chưng: …………………………………… ……… 2.6 Tính khí thiết bị chính: …………………………………… …………… 2.6.1 Tính thân thiết bị chính: …………………………………… ……… 2.6.1.1 Xác định [σ ] : …………………………………… ……………… 2.6.1.2 Tính P: …………………………………… …………………… 2.6.1.3 Tính C: …………………………………… …………………… 2.6.1.4 Kiểm tra ứng suất theo áp suát thử: ……………………………… 2.6.2 Tính đáy nắp thiết bị: …………………………………… ……… 2.6.3 Tính bề dày lớp cách nhiệt: …………………………………… …… 2.6.4 Tính đường kính loại ống dẫn: …………………………………… 2.6.4.1 Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu vào đĩa tiếp liệu: ……………… SVTH: Trần Thị Diệu Hiền Trần Thanh Dũng Lớp : CĐHC5NLT GVHD: Trường Đại Học Cơng Nghiệp TP.HCM Trung Tâm TNTH Hóa Học Tháp chưng cất liên tục hỗn hợp benzen – toluen 2.6.4.2 Đường kính ống dẫn từ thiết bị ngưng tụ hồi lưu tháp: ………… 2.6.4.3 Đường kính ống dẫn khỏi đỉnh tháp: ……………………… 2.6.4.4 Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy: ……………………………… 2.6.4.5 Đường kính ống dẫn nước bão hòa vào đáy tháp để đun sơi lại: … 2.6.4.6 Đường kính ống dẫn nước ngưng: ………………………………… 2.6.5 Chọn mặt bích: …………………………………… ………………… 2.6.5.1 Bích để nối thân thiết bị, nắp đáy: ……………………………… 2.6.5.2 Bích để nối ống dẫn với thiết bị: …………………………………… 2.6.6 Tính tải trọng tháp: …………………………………… ……… 2.6.6.1 Khối lượng thân tháp: …………………………………… 2.6.6.2 Khối lượng đáy nắp elip có gờ: …………………………… 2.6.6.3 Khối lượng chất lỏng tháp: ……………………………… 2.6.6.4 khối lượng đĩa: …………………………………… 2.6.6.5 Khối lượng lớp cách nhiệt: …………………………………… 2.6.6.6 Khối lượng bích: …………………………………… 2.6.7 Chọn tay treo, chân đỡ: …………………………………… ……… 2.6.7.1 Chọn tay treo: …………………………………… …………… 2.6.7.2 Chọn chân đỡ: …………………………………… …………… SVTH: Trần Thị Diệu Hiền Trần Thanh Dũng Lớp : CĐHC5NLT GVHD: Trường Đại Học Cơng Nghiệp TP.HCM Trung Tâm TNTH Hóa Học Tháp chưng cất liên tục hỗn hợp benzen – toluen CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHƯNG CẤT 1.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA Q TRÌNH CHƯNG CẤT: Qúa trình chưng cất trình vật lý phân chia hỗn hợp thành thành phần gọi phân đoạn Quá trình thực biện pháp khác nhằm tách thành phần theo nhiệt độ sơi cấu tử có tronh hỗn hợp mà không làm phân huỷ chúng Hơi nhẹ bay lên, ngưng tụ thành phán lỏng tuỳ theo biện pháp tiến hành chưng cất mà người ta phân chia trinh chưng cất thành chưng cất đơn giản, chưng phức tạp, chưng cất nhờn cấu tử bay hơi, hay chưng cất chân không Chưng phương pháp dùng để tách hỗn hợp chất lỏng hỗn hợp khí lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác cấu tử hỗn hợp (nghĩa nhiệt độ, áp suất cấu tử khác ) Trong trường hộp đơn giản chưng khơng khác Tuy nhiên chúng có ranh giới bản; tường hợp chưng dung mơi chất tan bay Khi chưng ta thu nhiều sản phẩm thường cấu tử ta nhiêu sản phẩm Đối với trường hợp hai cấu tử ta có Sản phẩm đỉnh gồm cấu tử có độ bay lớn phần cấu tử có độ bay bé, sản phẩm đáy gồm cấu tử có độ bay bé phần cấu tử có độ bay lớn 1.2 Lựa chọn phương pháp làm việc: Trong cơng nghệ hố học có nhiều phương pháp để phân riêng hỗn hợp hay nhiều cấu tử tan phần hay tan hoàn toàn vào như: hấp thụ, hấp phụ, li tâm, trích ly, chưng cất,… Mỗi phương pháp có đặc thù riêng ưu điểm định, việc lựa chọn phương pháp thiết bị phù hợp tuỳ thuộc vào hỗn hợp ban đầu, yêu cầu sản phẩm điều kiện kinh tế Đối với hỗn hợp benzen – toluen hỗn hợp cấu tử tan vào có nhiệt độ sơi khác phương pháp tối ưu để tách hỗn hợp chưng cất Chưng cất phương pháp phổ biến dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp cấu tử dễ bay có tính chất hòa tan phần hòa tan hồn tồn vào Chưng cất áp suất thấp dùng cho hỗn hợp dễ bị phân hủy nhiệt độ cao hây hỗn hợp có nhiệt độ sơi q cao dùng cho hỗn hợp khơng hóa lỏng áp suất thường 1.2.1 Chưng đơn giản: Chưng đơn giản trình chưng cất tiến hành cách bay dần dần, lần hay nhiều lần, hỗn hợp chất lỏng cần chưng a) Chưng bay dần dần: SVTH: Trần Thị Diệu Hiền Trần Thanh Dũng Lớp : CĐHC5NLT GVHD: Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM Trung Tâm TNTH Hóa Học Tháp chưng cất liên tục hỗn hợp benzen – toluen Sơ đồ chưng bay trình bày hình 3-5a, gồm thiết bị đốt nóng liên tục hỗn hợp chất lỏng bình chưng từ nhiệt độ thấp tới nhiệt độ sôi cuối liên tục tách sản phẩm ngưng tụ bay thiết bi ngưng tụ 3, cuối thu sản phẩm lỏng bể chứa Phương pháp chưng thường áp dụng phòng thí nghiệm b) Chưng cất cách bay lần: Sơ đồ chưng cất yheo phương pháp trình bày hình 3-5 Phương pháp gọi bay cân Hỗn hợp chất lỏng cho liên tục vào thiết bị đun sôi 2, hỗn hợp đốt nóng đến nhiệt độ xác định áp suất P cho trước Pha lỏng-hơi tạo thành đạt đến trạng thái cân bằng, điều kiện lại cho vào thiết bị phân chia lần thiết bị đoạn nhiệt Pha qua thiết bị ngưng tụ vào bể chứa 4, từ ta nhận phần cất; phía thiết bị pha lỏng tách liên tục ta nhận phần cặn Tỉ lệ lượng tạo thành bay lần với lượng chất lỏng nguyên liệu chưng ban đầu gọi phần chưng cất (gọi tắt phần chưng) Chưng cất bay lần cho phép nhận phần chưng cất lớn so với bay điều kiện nhiệt độ áp suất Ưu điểm bật trình chưng cất cho phép áp dụng điều kiện thực tế chưng cất hỗn hợp Tuy với nhiệt độ chưng bị giới hạn, cho phép nhận phần cất lớn c) Chưng cất bay nhiều lần: Đây trình gồm nhiều trình chưng bay lần nối tiếp nhiệt độ tăng cao dần (hay áp suất thấp hơn) phần cặn hình 3-5c trình baỳ sơ đồ chưng hai lần Phần cân chưng lần nguyên liệu cho chưng lần hai đốt nóng đến nhiệt độ cao từ đỉnh thiết bị chưng lần ta nhận sản phẩn đỉnh, đáy thiết bị chưng lần hai ta nhận phần cặn Phương pháp chưng cất hổn hợp bay lần bay nhiều lần có ý nghĩa lớn thực tế cộng nghiệp dây chuyền hoạt động liên tục Quá trình bay lần áp dụng đốt nóng hỗn hợp thiết bị trao đổi nhiệt, lò óng trình tách pha khỏi pha lỏng phận cung cấp, phân phối tháp tinh luyện Chưng cất đơn giản, với loại bay lần, không đạt đọ phân chia cao cần phân chia rỏ ràng cấu tử thành phần hỗn hợp chất lỏng Để nâng cao khả phân chia hỗn hợp chất lỏng, người ta phải tiến hành chưng cất có hồi lưu hay chưng cất có tinh luyện – chưng cất phức tap 1.2.2 Chưng cất phức tạp a) Chưng cất có hồi lưu Chưng cất có hồi lưu q trình chưng lấy phần chất lỏng ngưng tụ từ tách cho quay lại tưới vào dòng bay lên Nhờ có tiếp xúc SVTH: Trần Thị Diệu Hiền Trần Thanh Dũng Lớp : CĐHC5NLT GVHD: Trường Đại Học Cơng Nghiệp TP.HCM Trung Tâm TNTH Hóa Học Tháp chưng cất liên tục hỗn hợp benzen – toluen đồng thêm lần pha lỏng pha mà pha tách khỏi hệ thống lại làm giàu thêm cấu tử nhẹ (có nhiệt độ sơi thấp hơn) so với khơng có hồi lưu, nhờ mà có độ phân chia cao Việc hồi lưu lại chất lỏng khống chế phận đặc biệt bố trí phía thiết bị chưng b) Chưng cất có tinh luyện: Chưng cất có tinh luyện cho độ phân chia cao kết hợp với hồi lưu Cơ sở trình tinh luyện trao đổi chất nhiều lần phía pha lỏng pha chuyển động ngược chiều Quá trình thực tháp (cột) tinh luyện Để đảm baoe tiếp xúc hoàn thiện pha pha lỏng tháp trang bi “đĩa hay đệm” Độ phân chia hỗn hợp cấu tử tháp phụ thuộc vào số lần tiếp xúc pha (số đĩa lý thuyết), vào lượng hồi lưu đĩa hồi lưu đỉnh tháp Công nghệ đại chưng cất hỗn hợp dựa vào trình chưng cất lần nhiều lần có tinh luyện Q trình tinh luyện xảy tháp chưng cất phân đoạn có bố trí đĩa Hình 3-6 mơ tả hoạt động tháp tinh luyện 1.2.3 Chưng chân không: Dùng trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sơi 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 sơi q cao 1.3 Giới thiệu loại tháp chưng cất: Quá trình chưng luyện thực thiết bị loại tháp làm việc liên tục gián đoạn Có hai loại thiết bị tháp đệm tháp đĩa Trong đó: • Tháp đệm tháp hình trụ gồm nhiều đoạn nối với mặt bích hay hàn Trong tháp người ta đổ đầy đệm, tháp đệm ứng dụng rộng rãi kỹ nghệ hoá học để hấp thụ chưng luyện, chưng luyện, làm lạnh • Tháp đĩa: thực tế hay gặp loại đĩa lỗ, đĩa chóp có ống chảy chuyền khơng có ống chảy chuyền Tháp đĩa ứng dụng kỹ nghệ hoá học Ttrong tháp đĩa khí hay phân tán qua lớp chất lỏng chuyển động chậm từ xuống Hai pha lỏng tháp đĩa thực tiếp xúc bậc riêng biệt So với tháp đệm, tháp đĩa vừa phức tạp (khó làm) vừa tốn kim loại Việc lựa chọn loại đĩa yêu cầu chưng (như cường độ chuyển khối cao, giá thành chế tạo đĩa nhỏ,…) phải ý tới loạt yêu cầu khác đặc thù công nghệ đặt như: khoảng làm việc ổn định đĩa, khả chịu ăn mòn đĩa cao, khả làm việc với chất lỏng có lẫn cặn bẩn học Có 20 loại đĩa: đĩa chóp tròn, đĩa chóp chữ nhật, đĩa lỗ có ốn chảy chuyền, đĩa ventuyri,… Thông thường người ta chia tháp đĩa có ống chảy chuyền tháp đĩa khơng có ống chảy chuyền ¾ Tháp đĩa có ống chảy chuyền khí lỏng chuyển động riêng biệt từ đĩa qua đĩa khác ¾ Trong tháp đĩa khơng có ống chảy chuyền khí lỏng chuyển từ đĩa sang đĩa khác theo lỗ hay rãnh SVTH: Trần Thị Diệu Hiền Trần Thanh Dũng Lớp : CĐHC5NLT GVHD: Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM Trung Tâm TNTH Hóa Học Tháp chưng cất liên tục hỗn hợp benzen – toluen 1.4 Cấu tạo nguyên tắc hoạt động tháp đĩa hình chóp: 1.4.1 Cấu tạo: Gồm nhiều đĩa lắp thân hình trụ, đĩa có lắp chóp, đĩa có số ống chảy chuyền phụ thuộc vào kích thước chóp lưu lượng lỏng, ống nhiều hơn, hai bên hay đĩa Chóp tròn hay có dạng khác Ở chóp có rãng để khí qua Rãnh hình chữ nhật, tam giác tròn Hình dáng rãng khơng ảnh hưởng đến q trình Chóp lắp vào đĩa nhiều kiểu khác 1.4.2 Nguyên tắc hoạt động: Chất lỏng chảy từ đĩa sang đĩa khác nhờ ống chảy chuyền Khí từ lên qua ống khí xuyên qua rãnh chóp sục vào lớp chất lỏng đĩa Hiệu trình sục khí vào lỏng phụ thuộc nhiều vào vận tốc Nếu vận tốc khí bé phạm vi sục khí bé, vận tốc lớn trình sục khí khơng tốt lúc xảy tượng chất lỏng bị bắn thro khí, chất lỏng bị dạt riêng vùng Hiện tượng bắn chất lỏng do: khoảng cách đĩa, vận tốc khí qua rãnh, khoảng cách chóp, khối lượng riêng khí lỏng, cấu tạo kích thước chóp ống chảy chuyền Ở ta thiết kế hệ thống chưng luyện tháp chóp làm việc liên tục với hỗn hợp chưng benzen – toluen Khi chưng luyện liên tục, hỗn hợp đầu đưa vào tháp đĩa tiếp liệu (nằm phần thân tháp) cách liên tục, sản phảm đỉnh sản phẩm đáy lấy liên tục 1.5 Quá trìng làm việc: Hỗn hợp Benzen – Toluen hỗn hợp lỏng hoà tan hoàn toàn vào theo tỉ lệ Áp suất cấu tử giảm áp suất chung hỗn hợp Nhiệt độ sôi hỗn hợp thành phần cấu tử thay đổi theo thành phần cấu tử dung dịch Ta có ts benzen = 80,10C < ts toluen = 110,80C nên độ bay benzen lớn độ bay toluen Vậy suy sản phẩm đỉnh chủ yếu benzen phần toluen, ngược lại sản phẩm đáy lại chủ yếu toluen phần benzen ¾ Tiến hành: Trước hết hỗn hợp benzen – toluen từ thùng chứa bơm vào thùng cao vị dẫn xuống thiết bị đun nóng (2), dung dịch đun nóng đến nhiệt sơi Ngun liệu khỏi thiết bị đun nóng vào tháp chưng luyện vị trí đĩa tiếp liệu (1) Do đun nóng đến nhiệt độ sơi nên benzen thực trình truyền khối từ pha lỏng sang pha tiến đỉnh tháp Toluen cấu tử khó bay nhiệt độ thể lỏng, qua ống chảy chuyền phân phối xuống lòng đĩa Như tháp Benzen từ lên gặp lỏng toluen từ xuống Vì lên cao nhiệt độ thấp nên benzen qua đĩa từ leencos mang theo phần cấu tử toluen, cấu tử có nhiệt độ sơi cao ngưng tụ lại cuối đỉnhta thu hỗn howpjgoomf hầu hết cấu tử benzen dễ bay Hơi SVTH: Trần Thị Diệu Hiền Trần Thanh Dũng Lớp : CĐHC5NLT GVHD: Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM Trung Tâm TNTH Hóa Học Tháp chưng cất liên tục hỗn hợp benzen – toluen vào thiết bị ngưng tụ (3) ngưng tụ lại Một phần chất lỏng ngưng qua thiết bị làm lạnh (4) đến nhiệt độ cần thiết vào thùng chứa sản phẩm đỉnh(5) Một phần khác hồi lưu tháo đĩa Tương tự trình dịch chuyển toluen kéo theo phần cấu tử benzen xuống thấp nhiệt độ tháp tăng chất lỏng toluen từ xuống gặp benzen có nhiệt độ cao hơn, phần cấu tử có nhiệt độ sơi thấp bốc nồng độ toluen khó bay chất lỏng ngày tăng Cuối đáy tháp ta thu hỗn hợp lỏng gồm hầu hết chất lỏng toluen khó bay Chất lỏng đáy tháp khỉ tháp làm lạnh đưa vào thùng chứa sản phẩm (6) Để tiết kiệm đốt người ta dùng đỉnh tháp để đun nóng hỗn hợp ban đầu Do đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao nồng độ benzen sản phẩm đỉnh đạt 98% khối lượng, sản phẩm đáy 3% khối lượng, với suất lượng sản phẩm đỉnh 3500 kg/ngày, nồng độ benzen hỗn hợp đầu 60% khối lượng, nên đòi hỏi việc tính tốn số đĩa làm việc cho phù hợp dẫn dén chiều cao tháp, công suất làm việc,… 1.6 Sản phẩm trình chưng cất 1.6.1 Tính chất lí hóa benzene: Benzen có công thức phân tử : C6H6 Công thức cấu tạo: Phân tử lượng: 78,1121 g/mol Tỷ trọng: 0,8786 g/cm³, chất lỏng Điểm nóng chảy: 5,5 °C (278,6 K) Điểm sơi: 80,1 °C (353,2 K) Điểm bắt lửa: −11 °C 1.6.1.1 Tính chất vật lí benzen: Benzen thường biết đến cơng thức hố học C6H6, hay viết tắt phH, benzol, hợp chất hữu thơm, điều kiện bình thường chất lỏng không màu, mùi dịu dễ chịu, dễ cháy Benzen tan nước rượu Benzen ankylbenzen chất không màu, không tan nước tan nhiều dung môi hữu cơ, đơng thời chúng dung mơi hòa tan nhiều chất khác Chẳng hạn benzen hòa tan brom, iot, lưu huỳnh, cao su, chất béo, Các aren chất có mùi, chẳng hạn benzen toluen có mùi thơm nhẹ có hại cho sức khoẻ, benzen SVTH: Trần Thị Diệu Hiền Trần Thanh Dũng Lớp : CĐHC5NLT GVHD: Trường Đại Học Cơng Nghiệp TP.HCM Trung Tâm TNTH Hóa Học Tháp chưng cất liên tục hỗn hợp benzen – toluen 1.6.1.2 Tính chất hóa học benzen: Benzen tác dụng với axít nitric điều kiện có axít sunfuric đặc làm xúc tác, để tạo thành nitro benzen (màu vàng, mùi hạnh nhân) Ngồi ra, cộng với hidro halogen Benzen thành phần dầu thơ, sản phẩm q trình chưng cất dầu mỏ Tuy nhiên người ta thường tổng hợp benzen từ chất dầu mỏ thu trực tiếp Benzen sử dụng rộng rãi đời sống, dung môi quan trọng công nghiệp, chất để điều chế dược phẩm, cao su tổng hợp, thuốc nhuộm, Lưu ý, benzen độc, có khả gây ung thư người cao 1.6.1.3 Điều chế ứng dụng: a) Điều chế benzen Benzen, toluen, xilen, thường tách cách chưng cất dầu mỏ nhựa than đá Chúng điều chế từ ankan, xicloankan : Etylbenzen điều chế từ benzen etilen : b) Ứng dụng benzen Benzen nguyên liệu quan trọng cơng nghiệp hóa hữu Nó dùng nhiều để tổng hợp monome sản xuất polime làm chất dẻo, cao su, tơ sợi (chẳng hạn polistiren, cao su buna - stiren, tơ capron) Từ benzen người ta điều chế nitrobenzen, anilin, phenol dùng để tổng hợp phẩm nhuộm, dược phẩm, thuốc trừ dịch hại, Benzen, toluen xilen dùng nhiều làm dung mơi 1.6.2 Tính chất lí hóa toluen: Toluen có khối lượng phân tử : C6H5CH3 Công thức cấu tạo: Phân tử lượng: 92,14 g/mol Tỷ trọng: 0,8669 g/cm³ SVTH: Trần Thị Diệu Hiền Trần Thanh Dũng Lớp : CĐHC5NLT GVHD: Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM Trung Tâm TNTH Hóa Học Tháp chưng cất liên tục hỗn hợp benzen – toluen Điểm nóng chảy: −93 °C (180 K)/(-135,4°F) Điểm sôi: 110.6°C (383,8 K)/ 231.08°F Điểm bắt lửa: °C/ 39,2 °F 1.6.2.1 Tính chất vật lí toluen: Toluen, hay gọi mêtylbenzen hay phenylmêtan, chất lỏng suốt, khơng hòa tan nước Toluen hyđrocacbon thơm sử dụng làm dung môi rộng rãi công nghiệp o Nhiệt độ sôi áp suất khí t0s = 110,80C o Khối lượng riêng 200C = 870 kg/m3 o Độ nhớt 200C = 0,586.103 N.s/m2 = 0,586 cp o Nhiệt độ nóng chảy tnc = -950C 1.6.2.2 Tính chất hóa học toluen: Là hyđrocacbon thơm, toluen có khả tham gia phản ứng điện tử Nhờ có nhóm mêtyl mà độ hoạt động hóa học toluen phản ứng lớn gấp 25 lần so với benzen Vì vòng thơm bền nên cần áp suất cao tiến hành phản ứng hyđro hóa toluen thành mêtylcyclohexan 1.6.2.3 Điều chế ứng dụng: a) Điều chế: Toluen tinh chế cách sử dụng hợp chất CaCl2, CaH2, CaSO4, P2O5 hay natri để tách nước Ngồi ra, kỹ thuật chưng cất chân khơng sử dụng phổ biến Trong kỹ thuật này, người ta thường sử dụng benzophenon natri để tách khơng khí ẩm toluen b) Ứng dụng: Toluen chủ yếu dùng làm dung mơi hòa tan nhiều loại vật liệu sơn, chất hóa học, cao su, mực in, chất kết dính, Trong ngành hóa sinh, người ta dùng toluen để tách hemoglobin từ tế bào hồng cầu Toluen dùng để sản xuất thuốc nỏ TNT (trinitrotoluen) Độc tính: Nếu tiếp xúc với toluen thời gian đủ dài, bị bệnh ung thư SVTH: Trần Thị Diệu Hiền Trần Thanh Dũng Lớp : CĐHC5NLT GVHD: 10 Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM Trung Tâm TNTH Hóa Học Tháp chưng cất liên tục hỗn hợp benzen – toluen MTB=78 0,983 + 92 0,017 = 78,238 (đvC) Khối lượng riêng khỏi đỉnh tháp 65,50C là: ρ= M TB 273 = 2, 678 (kg/m3 ) - I.3 sổ tay QTTB tập 22, 4(273 + 83) Lưư lượng ống: V= gd ρ = 294, = 109,933 (m3 / h) 2, 678 Chọn vận tốc ống ω = 20 (m/s) đưòng kính ống dẫn là: D= 4.109,933 = 0, 04 (m) ≈ 40 (mm) 20.3600.π 2.6.4.4 Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy: Khối lượng riêng sản phẩm đáy 1100C tính phần tính khí thiết bị ρ hh = 781, 25 (kg/m3 ) Lưu lượng thể tích: V= GW ρ hh = 59,35 = 0, 076 (m3 / h) 779,5 Chọn vận tốc chất lỏng ống ω = 0, 20 (m/s) Vậy đường kính ống dẫn sản phẩm đáy: D= 4.0, 076 = 0, 0115 (m) ≈ 11,5 (mm) 0,20.3600.π 2.6.4.5 Đường kính ống dẫn nước bão hòa vào đáy tháp để đun sôi lại: Với lượng đốt vào D2=72,764 (kg/h) (đã tính phần cân nhiệt lượng tháp chưng luyện) ta ó lưu lượng thể tích: V= GW ρ hoi H O(133 C ) = 72, 764 = 44,97 (m3 / h) 1, 618 Chọn vận tốc đốt ống ω = 20 (m/s) Vậy đường kính ống dẫn hơi: D= 4.44,97 = 0, 029 (m) ≈ 30 (mm) 20.3600.π SVTH: Trần Thị Diệu Hiền Trần Thanh Dũng Lớp : CĐHC5NLT GVHD: 46 Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM Trung Tâm TNTH Hóa Học Tháp chưng cất liên tục hỗn hợp benzen – toluen 2.6.4.6 Đường kính ống dẫn nước ngưng: Lượng nước ngưng khỏi thiết bị đun nóng = lượng đốt vào thiết bị D2=72,746 (kg/h) Khối lượng riêng H2O 1330C ρ H O = 933,5 (kg/m3) Lưu lượng thể tích chất lỏng chảy ống: V= D2 ρ hoi H O(133 C ) = 72, 764 = 0, 078 (m3 / h) 933,5 Nước tự chảy nên chọn vận tốc nước ngưng ống ω = 0,15 (m/s) Vậy đường kính ống dẫn là: D= 4.0,78 = 0, 014 (m) ≈ 15 (mm) 0,15.3600.π Vậy đường kính ống dẫn nước ngưng 15 (mm) 2.6.5 Chọn mặt bích: Mặt bích phận quan trọng dùng để nối phần thiết bị nối phận khác với thiết bị.Vì tháp làm việc áp suất khí nên ta chọn kiẻu bích liền 2.6.5.1 Bích để nối thân thiết bị, nắp đáy: Theo bảng IX.5 trang 170 sổ tay QTTB tập ứng với Dt= 400 (mm), khoảng cách hai đĩa 200 (mm) số đĩa hai mặt bích liên tiếp Với 32 đĩa ta có tất 10 bích nối thân, nắp đáy Theo bảng XIII.27 trang 420 sổ tay QTTB tập ta chọn bích kiểu để nối đoạn thân tháp, nối nắp nối đáy Để đảm bảo bích chịu gặp trường hợp làm việc bất thường ta chọn áp suất Py áp suất thử P0 tính phần khí thiết bị Số liệu bích cho bảng sau: Kiểu bích Py.106 Dt N/m2 mm 0,3 400 D 515 Db 475 SVTH: Trần Thị Diệu Hiền Trần Thanh Dũng Lớp : CĐHC5NLT D1 D0 450 411 Bulông db z H M16 20 203 h1 GVHD: 47 Trường Đại Học Cơng Nghiệp TP.HCM Trung Tâm TNTH Hóa Học Tháp chưng cất liên tục hỗn hợp benzen – toluen Giữa hai bích có lớp lót bê mặt đệm bít kín để đảm bảo độ kín tháp, kích thước bề mặt đệm bít kín tra bảng XIII.31 trang 433 sổ tay QTTB tập ứng với Dy = 400 (mm) D2 = 427 (mm) 2.6.5.2 Bích để nối ống dẫn với thiết bị: Để nối ống dẫn với thân thíêt bị ta dùng kiểu bích liền kim loại đen Tra bảng XIII.26 trang 409 sổ tay QTTB tập ta có bảng số liệu sau: Py.106 N/m2 Kích thước nối (mm) Dy mm Dn 0,25 D Kiểu bích D1 Dδ Bulơng db z h 15 18 80 55 40 M10 10 20 25 90 65 50 M10 12 25 32 100 75 60 M10 12 32 38 120 90 70 M12 12 50 57 140 110 90 M12 12 0,6 0,25 0,6 0,25 0,6 0,25 0,6 0,25 0,6 Ống dẫn nối với thiết bị thông qua mối ghép tháo được, ta phải dùng đoạn ống nối, đoạn ống ngắn có mặt bích Kích thước chiều dài ống nối ta chọn bảng XIII.32 trang 434 sổ tay QTTB tập 2: Dy 15 20 25 32 50 (mm) 80 80 90 90 100 2.6.6 Tính tải trọng tháp: khối lượng tháp bao gồm tổng khối lượng thân tháp, đáy, nắp, lớp cách nhiệt, chất lỏng tháp, bích đĩa 2.6.6.1 Khối lượng thân tháp: Tính theo cơng thức: Trong đó: G1 = H ρ π (D n2 − D 2t ) (kg) H: chiều cao tháp chưa kể đáy nắp SVTH: Trần Thị Diệu Hiền Trần Thanh Dũng Lớp : CĐHC5NLT GVHD: 48 Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM Trung Tâm TNTH Hóa Học Tháp chưng cất liên tục hỗn hợp benzen – toluen H = Ntt (h + δ ) = 32 (0,25 + 0,003) = 8,096 (m) ρ : khối lượng riêng thép X18H10T, ρ = 7900 (kg/m3) Dt: đường kính tháp, Dt = 0,4 (m) Dn: đường kính ngồi tháp, Dn = Dt + S = 0,4 + 0,002 = 0,404 (m) Vậy G1 = 8, 096.7900.π (0,4042 − 0,42 ) = 161,5 (kg) 2.6.6.2 Khối lượng đáy nắp elip có gờ: Tra bảng XIII.11 trang 384 sổ tay QTTB tập ta đượ khối lượng đáy nắp elip có gờ ứng với đường kính tháp 0,4 (m)c chiều dày đáy nắp (mm), chiều cao gờ 25 (mm) là: G = 2F ρ S = 2.0,2.7900.0,002 = 6,32 (kg) 2.6.6.3 Khối lượng chất lỏng tháp: Xem chất lỏng chiếm đầy tháp, ta bỏ qua khối lượng ống chảy chuyền chóp G = V ρ hh Trong đó: (kg) V: thể tích chất lỏng V= π D 2t H = π 0, 42 8, 096 = 1, 02 (m3 ) ρ hh : khối lượng riêng chất lỏng, lấy khối lượng riêng lớn nhất, ρ hh = 781, 25 (kg/m3 ) Vậy G3 = 1,02 779,5 = 795,09 (kg) 2.6.6.4 khối lượng đĩa: Để đơn giản ta coi đĩa tròn khơng bị khoét lỗ có chiều dày δ nên khối lượng 32 đĩa là: π π G = 32 .D 2t δ ρ = 32 .0, 42 0, 003.7900 = 95, (kg) 4 2.6.6.5 Khối lượng lớp cách nhiệt: Bề dày lớp cách nhiệt 20 (mm) Khối lượng bôngthủy tinh bao quanh thân tháp, phần gờ đáy nắp: SVTH: Trần Thị Diệu Hiền Trần Thanh Dũng Lớp : CĐHC5NLT GVHD: 49 Trường Đại Học Cơng Nghiệp TP.HCM Trung Tâm TNTH Hóa Học Tháp chưng cất liên tục hỗn hợp benzen – toluen m1 = ρ π ⎡⎣(D n + 0, 02) − D n2 ⎤⎦ (H + 2.0, 025) π = 200 .(0, 4242 − 0, 4042 ).(8, 096 + 0, 05) = 21,18 (kg) Khối lượng phần thủy tinh phủ đáy nắp: m2 = Fđáy 0,02 ρ = 0,2 0,02 200 = 1,6 (kg) Vậy khối lượng lớp cách nhiệt: G = m1 + m = 21,18 + 1, = 22, 78 (kg) 2.6.6.6 Khối lượng bích: ™ Khối lượng bích nối thân, năp đáy: Một cách gần ta có khối lượng mộy bích đơn (khơng tính đến lỗ khoét để vặn bulông nên bỏ qua khối lượng bulông): π π mđ = (D − D2b ) .h ρ = (0,5152 − 0, 4752 ) .0, 02.7900 = 4,9 (kg) 4 Dùng 10 bích = 20 bích đơn, nên khối lượng tồn bộ bích là: m1 = 20 4,9 = 98 (kg) ™ Khối lượng bích nối ống dẫn với thân tháp: − Bích nối óng dẫn hỗn hợp đầu vào tháp: md = π (D − D n2 ).h ρ = π (0,12 − 0, 0322 ).0, 012.7900 = 0, 67 (kg) Vậy khối lượng cặp bích này: m = 2.0, 67 = 1,34 (kg) − Bích nối ống dẫn khỏi đỉnh tháp: π m3 = .(0,142 − 0, 057 ).0, 012.7900 = 2, 43 (kg) − Bích nối ống dẫn dung dịch đáy: π m = .(0, 082 − 0, 0182 ).0, 01.7900 = 0, 754 (kg) − Bích nối ống dẫn lỏng hồi lưu: π m5 = .(0, 092 − 0, 0252 ).0, 012.7900 = 1,12 (kg) − Bích nói ống dẫn đốt: SVTH: Trần Thị Diệu Hiền Trần Thanh Dũng Lớp : CĐHC5NLT GVHD: 50 Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM Trung Tâm TNTH Hóa Học Tháp chưng cất liên tục hỗn hợp benzen – toluen π m = .(0,122 − 0, 0382 ).0, 012.7900 = 1,93 (kg) − Bích nối ống dẫn nước ngưng: π m = .(0, 082 − 0, 0182 ).0, 01.7900 = 0, 754 (kg) Vậy tổng lọai bích nối thân, nắp, đáy ống dẫn: G6 = m1 + m2 + m3 + m4 + m5 +m6 + m7 = 106,328 (kg) Tổng khối lượng toàn tháp: G = G1+G1+G1+G1+G1+G1 = 161,5 + 6,32 + 795,09 + 95,2 + 22,78 + 106,328 = 1969,898 (kg) 2.6.7 Chọn tay treo, chân đỡ: 2.6.7.1 Chọn tay treo: Ta dùng tay treo kiểu VII (Hình XIII.21), tải trọng tay G= treo: 1189.9,8 = 2913, 05 (N) Theo bảng XIII.36 trang438 sổ tay QTTB tập ta chọn tay treo có số liệu sau: Tải trọng cho phép moọt tay treo Gcp= 5000 (N) > G Bề mặt đỡ F= 72,5 (m2) Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ q = 690000 (N/m2) Tải trọng thực tế bề mặt đỡ: q= G 4824, 05 = = 665386 (N/m ) < q cp F 0, 00725 Đơn vị mm L B B1 H S a d 100 75 85 155 40 15 18 2.6.7.2 Chọn chân đỡ: Ta chọn chân đỡ kiểu III, với tải trọng chân 2913,05 (N) nên ta chọn chân đỡ có số liệu sau: Tải trọng cho phép chân Gcp = 5000 (N) > G Bề mặt đỡ F = 172.10-4 (m2) Tải trọng cho phép chân đỡ qcp = 290000 (N/m2) SVTH: Trần Thị Diệu Hiền Trần Thanh Dũng Lớp : CĐHC5NLT GVHD: 51 Trường Đại Học Cơng Nghiệp TP.HCM Trung Tâm TNTH Hóa Học Tháp chưng cất liên tục hỗn hợp benzen – toluen Tải trọng thực tế chân đỡ: q= 4824, 05 = 280468 (N/m ) < q cp -4 172.10 Đơn vị mm L B B1 B2 H h s d 160 110 135 195 240 145 10 55 23 2.7 Tính thiết bị phụ: 2.7.1 Tính tốn thiết bị ngng tụ hồi lưu: Để nâng cao khả phân tách cấu tử trình phân tách ta cần tạo trình tiếp xúc pha lỏng pha hơi, điều thực tháp Đẻ nâng cao độ tinh khiết sản phẩm đỉnh để tránh tượng khô đĩa đĩa ta cho phần sản phẩm đỉnh hồi lưu trở lại tháp, điều thực nhờ thiết bị ngưng tụ hồi lưu Đây nơii xảy trình trao đổi nhiệt từ đỉnh tháp nước làm lạnh, lượng nhiệt trao đổi nhiệt lượng cần cung cấp đẻ hóa lượng khỏi đỉnh tháp Trong điều kiện ta dùng thiết bị ngưng tụ kiểu ống chùm, hệ thống có ưu điểm gọn, chắn, tốn kim loại, bề mặt truyền nhiệt lớn, dễ kiểm tra quan sát, sữa xhữa làm vệ sinh Trong thiết bị này, tác nhân nóng từ đỉnh tháp (benzen) có độ tinh khiết cao nên ta cho bên nngồi chùm ống, tác nhân làm lạnh nước lạnh ta cho bên ống để dễ làm vệ sinh chất bẩn bám ống Để đảm bảo truyền nhiệt triệt để, tiết kiệm lượng nước t cho hai lưu thể chuyển động ngược chiều, từ xuống, nước từ lên Ở ta tính tốn để thiết bị ngưng tụ hoàn toàn lượng khỏi đỉng tháp Nhiệt độ 820C Nhiệt độ đầu nước chọn 250C Nhiệt độ cuối nước chọn 450C, để tránh tượng muối dễ kết tủa đóng cặn lại bề mặt ống Trong phần caan nhiệt lượng cho tháp ta tính lượng nước cần thiết để ngưng tụ hoàn toàn khỏi đỉnh tháp Gn2 = 1786,397 (kg/h) Lượng khỏi đỉnh tháp 157,5 (kg/h) Hiệu số nhiệt độ trung bình lưu thể chuyển động ngược chièu xác định theo công thức V.8 trang sổ tay QTTB tập 2: Δt = Δt1 − Δt Δt ln Δt SVTH: Trần Thị Diệu Hiền Trần Thanh Dũng Lớp : CĐHC5NLT (độ) GVHD: 52 Trường Đại Học Cơng Nghiệp TP.HCM Trung Tâm TNTH Hóa Học Tháp chưng cất liên tục hỗn hợp benzen – toluen Trong đó: Δt1 Δt hiệu số nhiệt độ lớn nhỏ hai lưu thể (độ) Ở ta có: Δt1 = 82 − 25 = 570 C, Nên Δt = Δt1 = 82 − 45 = 370 C 57 − 37 = 46,280 C 57 ln 37 Nhiệt độ trung bình nước làm lạnh tính theo cơng thức V.21 trang 10 sổ tay QTTB tập 2: t = T1 − Δt = 82 − 46,28 = 35,720 C 1) Đối với phía hơi: Hệ số cấp nhiệt tính theo cơng thức V.100 trang 28 sổ tay QTTB tập 2: α1 = 1,15 r ρ g λ3 (W/m2.độ) μ Δt1 H Trong đó: r: ẩn nhiệt ngưng, r = 93,58 (kcal/kg) = 392100,2 (J/kg) (đã tính phần tính đường kính ssoạn luyện) ρ : khối lượng riêng lỏng ngưng, tính: Ở 820C benzen có khối lượng riêng ρ A = 812,8 (kg/m3 ) Ở 820C toluen có khối lượng riêng ρ B = 806 ⇒ ρ hh = (kg/m3 ) = 812,7 (kg/m3 ) 0,98 0,02 + 81,8 806 H: chiều cao ống, chọn H = (m) λ : hệ số dẫn nhiệt lỏng ngưng (W/m.độ), xấc định theo công thức I.23 trang123 sổ tay QTTB tập 1: λ = A CP ρ ρ M (W/m.độ) Với: A = 4,22.10-8, chất lỏng khơng liên kết (benzen, toluen) Cp: nhiệt dung riêng đẳng áp chất lỏng, (J/kg.độ), xem chất lỏng benzen 100% nên C82 P = 2026,5 (J/kg.độ) ρ = 812,7 (kg/m3 ) tinh M: phân tử lượng trung bình lỏng ngưng SVTH: Trần Thị Diệu Hiền Trần Thanh Dũng Lớp : CĐHC5NLT GVHD: 53 Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM Trung Tâm TNTH Hóa Học Tháp chưng cất liên tục hỗn hợp benzen – toluen M = 0,983 78 + (1-0,983) 92 = 78,238 Vậy λ = 4,22 10 −8 2026,5 812,7 812,7 = 0,1516 78,238 (W/m.độ) μ : độ nhớt lỏng ngưng , μ = 0,311.10−3 (N.s/m ) Δt = t n − t T1 : hiệu số nhiệt độ ngưng tn nhiệt độ mặt tường tiếp xúc với ngưng, tn = 820C, lấy t T = 790 C ⇒ Δt = 30 C Vậy hệ số dẫn nhiệt: 392100,2 (812,7) 9,81 (0,1516)3 α1 = 1,15 = 1697,17 (W/m2.độ) −3 0,311.10 Nhiệt tải riêng phía ngưng tụ: q1 = α1 Δt1 = 1697,17 = 5091,5 (W/m ) 2) Đối với phía nước làm lạnh: Hệ số cấp nhiệt tính theo V.33 trang 11 sổ tay QTTB tập 2: α2 = Nu λ d Trong đó: λ : Hệ số dẫn nhiệt nước, tra bảng I.130 trang 134 sổ tay QTTB tập hẹ số dẫn nhiệt nước nhiệt độ trung bình 46,280C: λ = 0,648 − 0,014 (50 − 46,28) = 0,643 (W/m.độ) 10 d: đường kính ống truyền nhiệt, chọn d = 0,03 m Nu: chuẩn số Nuyxen, tính theo V.40 trang sổ tay QTTB tập Nu = 0,021.ε l Re Pr ,8 0,43 ⎛ Pr ⎞ ⎟⎟ ⎜⎜ ⎝ Prt ⎠ , 25 Với: Prt : chuẩn số Pran dòng tính theo nhiệt độ trung bình tường Vì chênh lệch nhiệt độ tường dòng nhỏ nên Pr = Prt Re: chuẩn số Raynon, gỉa sử nước chảy rối với Re = 104 Pr : chuẩn số Pran, tính theo V.35 trang 12 sỏ tay QTTB tập 2: Pr = CP μ λ SVTH: Trần Thị Diệu Hiền Trần Thanh Dũng Lớp : CĐHC5NLT GVHD: 54 Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM Trung Tâm TNTH Hóa Học Tháp chưng cất liên tục hỗn hợp benzen – toluen Cp : nhiệt dung riêng đẳng áp nước ởư 46,280C theo bảng I.147 sổ tay QTTB tập 1, Cp = 4180,5 (J/kg.độ) μ : độ nhớt nước 46,280C, theo bảng I.102 trang 94 sổ tay QTTB tập 1, μ = 0,5897 10−3 (N.s/m ) λ ; hệ số dẫn nhiệt nước 46,280C, λ = 0,643 (W/m.độ) ⇒ Pr = 418,5 0,5897 10 −3 = 3,84 0,643 ε l : hệ số hiệu hỉnh tính đến ảnh hưởng tỉ số chiều dài l đường kính d ống, theo bảng V.2 ε l = ⇒ Nu = 0,021.1 (10 ) 0,8 3,840,43 = 59,36 α2 = Vậy 59,36 0,643 = 1272,3 0,03 (W/m2.độ) Nhiệt tải riêng vê phía nước: q = α Δt Δt hiệu số nhiệt độ nhiệt độ thành bên tường ống với nhiệt độ dòng nước, Δt = 50 C q2 = 1272,3 = 6361,5 (W/m2) q1 + q = 5726,5 (W/m ) ⇒ q= 3) Số ống truyền nhiệt cách xếp: Bề mặt truyền nhiệt: F= Q p (R X + 1) r 145,8 (1,613 + 1) 392100,2 = = = 7,6 ≈ (m ) q q 5726,5.3600 Số ống cần dùng: n= F = = 42 (ống) π d.H π 0,03 Lấy số ống 42 (ống) Theo bảng V.11 trang 48 sổ tay QTTB tập 2, ứng với số ống 42 xếp theo hình cạnh ta bố trí 241 ống thành vòng cạnh với số ống đường chéo hình cạnh ống Theo công thức V.140 trang 49 sổ tay QTTB tập đường kính thiết bị tính: D = t.(b-1)+4.d Với (m) d: đường kính ngồi ống truyền nhiệt, SVTH: Trần Thị Diệu Hiền Trần Thanh Dũng Lớp : CĐHC5NLT GVHD: 55 Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM Trung Tâm TNTH Hóa Học Tháp chưng cất liên tục hỗn hợp benzen – toluen d = 0,03+0,0015.2 = 0,033 (m) t: bước ống, t = 1,2.d = 0,0396 (m) b: số ống đường chéo hình cạnh, b = ⇒ D = 0,0396.(7-1)+4.0,033 = 0,3696 (m) Chọn D = 0,4 (m) Vậy thiết bị ngưng tụ có đường kính 0,4 (m), gồm 42 ống xếp theo hình lục giác gồm vòng Mỗi ống dài (m), đường kính 0,03 (m), dày 0,0015 (m) 2.7.2 Tính chọn bơm: Để vận chuyển hỗn hợp đầu từ bể chứa lên thùng cao vị ta sử dụng bơm, máy thủy lực dùng để truyền động vận chuyển chất lỏng Trong điều kiện suất yêu cầu kinh tế, kĩ thuật để vận chuyển hỗn hợp benzen – toluen nhiệt độ môi trường ta chọn bơm ly tâm Loại bơm có nhiều ưư điểm: − Cung cấp − Quay với tốc độ nhanh (có thể gắn trực tiếp với đông cơ) − Thiết bị đơn giản − Không có xupap nên bị tắt hư hỏng − Có thể bơm nhiều chất lỏng 2.7.2.1 Tính suất bơm: Hỗn hợp đầu 250C cung cấp cho tháp với lưu lượng 229 (kg/h) hay 0,252 (m3/h) hay 7.10-5 (m3/s) với khối lượng riêng hỗn hợp đầu 250C 868,6 (kg/m3) Đường kính ống dẫn tính theo công thức II.36 trang 369 sổ tay QTTB tập 1: d= Trong đó: V 0,785.ω (m) ω : tốc độ trung bình (m/s), chọn ω = (m/s) V: Lưu lượng thể tích (m3/s) ⇒ d= 7.10-4 = 0,0067 (m) 0,785 2.7.2.2 Áp suất toàn phần cần thiết để khắc phục sức cản thủy lực hệ thống dòng chảy đẳng nhiệt: Áp suất tính theo II.53 trang 376 sổ tay QTTB tập 1: ΔP = Δ Pđ + ΔPm + ΔPH + ΔPC SVTH: Trần Thị Diệu Hiền Trần Thanh Dũng Lớp : CĐHC5NLT GVHD: 56 Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM Trung Tâm TNTH Hóa Học Tháp chưng cất liên tục hỗn hợp benzen – toluen Trong đó: Δ Pđ : Áp suất động học, áp suất cần thiết để tạo tộc độ cho dòng chảy ống dẫn ΔPm : Áp suất để khắc phục trở lực ma sát ΔPH : Áp suất để nâng cao chất lỏng lên ΔPC : Áp suất để khắc phụ trở lực cục * Tính Δ Pđ : Theo cơng thức II.54 trang 376 sổ tay QTTB tập 1: Δ Pđ = ρ ω 2 (N/m2) ρ : khối lượng riên hỗn hợp, ρ =868,6 (kg/m3) ω : vận tốc lưu thể, ω =2 (m/s) * Tính ΔPm : Theo cơng thức II.55 trang 376 sổ tay QTTB tập 1: ΔPm = λ L ρ ω d td (N/m ) L: chiều dài ống dẫn, L = 14 (m) Dtd : đường kính tương đương ống, dtd = 0,0067 (m) λ : hệ số ma sát, phụ thuộc vào chế độ chuyển động chất lỏng độ nhám thành ống Chuẩn số Raynon: Re = ω d ρ μ μ : độ nhớt chất lỏng, 250C hỗn hợp benzen – toluen 60% có độ nhớt 0,59.103 N/m2 ⇒ Re = 0,0067 8,68,6 = 19727,5 0,59.10 −3 Re > 104 nên chất lỏng chảy xoáy Chuẩn số Raynon giới hạn khu vực nhẵn thủy lực: Re gh ⎛d ⎞ = ⎜ td ⎟ ⎝ ε ⎠ ε : độ nhám tuyệt đối, theo bảng II.15 trang 381 sổ tay QTTB tập chọn ε = 0,1 (mm) SVTH: Trần Thị Diệu Hiền Trần Thanh Dũng Lớp : CĐHC5NLT GVHD: 57 Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM Trung Tâm TNTH Hóa Học ⎛ 0,0067 ⎞ ⇒ Re gh = ⎜ ⎟ ⎝ 0,0001 ⎠ Tháp chưng cất liên tục hỗn hợp benzen – toluen = 733 Re > Regh Chuản số Raynon bắt đầu xuấtt vùng nhám: ⎛d ⎞ Re n = 220 ⎜ td ⎟ ⎝ ε ⎠ ⎛ 0,0067 ⎞ = 220 ⎜ ⎟ ⎝ 0,0001 ⎠ = 26876 Ta thấy Regh < Re < Ren , nên λ phụ thuộc vào chuẩn số Raynon độ nhám thành ống, tính theo II.64 trang 397 sổ tay QTTB tập 1: ⎛ ε 100 ⎞ ⎟⎟ λ = 0,1.⎜⎜1,46 + d Re td ⎝ ⎠ , 25 0,0001 100 ⎞ ⎛ = 0,1.⎜1,46 + ⎟ 0,0067 19727,5 ⎠ ⎝ ⇒ ΔPm = 0,04 , 25 = 0,04 12 868,6 2 = 124456 (N/m ) 0,0067 * Tính ΔPC : Theo cơng thức II.56 trang 377 sổ tay QTTB tập 1: ΔPC = ξ ω2 ξ : hệ số trở lực cục Chọn hệ thống gồm khuỷu ghép 900 hai khuỷu 450 tạo thành, có trở lực ξ1 , van chiều trước ống đẩy có hệ thống trở lực ξ , van chắn trước ống đẩy để điều chỉnh lưu lượng có hệ số trở lực ξ3 Tính ξ1 : Với khuỷu ghép 900 hai khuỷu 450 tạo thành, theo bảng II.16-N029 trang 394 sổ tay QTTB tập 1, chọn a/b = ξ1 =0,38 Tính ξ : Chọn van chiều kiểu đĩa khơng có định hướng phía Với h: chiều cao mở van b: chiều rộng vành dĩa D0: đường kính ống trước van, D0 = 0,02 (m) Chọn b/D0 = 0,14 ⇒ SVTH: Trần Thị Diệu Hiền Trần Thanh Dũng Lớp : CĐHC5NLT α = 0,71 GVHD: 58 Trường Đại Học Cơng Nghiệp TP.HCM Trung Tâm TNTH Hóa Học Chọn h/D0 = 0,14 ⇒ ⇒ Tháp chưng cất liên tục hỗn hợp benzen – toluen β = 7,9 ξ = 0,71 + 7,9 = 8,61 Tính ξ3 : Chọn van chắn tiêu chuẩn, theo II.16N037 trang 397 sổ tay QTTB tập ta có: Với D = 20 (mm) ξ3 = Tổng hệ số trở lực cục hệ thống ống dẫn: ξ = ξ1 + ξ + ξ3 = 0,38 + 8,61 + = 17,37 Vậy áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục hệ thống: ΔPC = 17,37 22 868,6 = 30175,2 (N/m ) Tính ΔPH : Theo cơng thức II.57 trang 377 sổ tay QTTB tập 1: ΔPH = ρ g H (N/m ) Với H = 12 (m) chiều cao cần nâng chất lỏng ΔPH = 868,6 9,81.12 = 102251,6 (N/m ) Vậy áp suất toàn phần cần thiết để khắc phục sức cản thủy lực: ΔP = Δ Pđ + ΔPm + ΔPH + ΔPC =258620 (N/m2) 2.7.2.3 Công suất động điện cần trang bị: Chiều cao toàn phần bơm cần tạo ra: H= ΔP 258620 = = 30,35 (m) ρ g 868,6 9,81 Công suất yêu cầu tren trục bơm xác định theo công thức II.189 trang 439 sổ tay QTTB tập 1: N= Q ρ g H 1000 η (KW) Q: suất bơm, Q = 7.10-5 (m3/s) η :hiệu suất chung bơm, η =0,8 ⇒ 7.10-5 868,6 9,81.30,35 = 0,023 (KW) N= 1000 0,8 SVTH: Trần Thị Diệu Hiền Trần Thanh Dũng Lớp : CĐHC5NLT GVHD: 59 Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM Trung Tâm TNTH Hóa Học Tháp chưng cất liên tục hỗn hợp benzen – toluen Công suất động điện: N dc = N η tr ηdc (KW) - Công thức II.190 sổ tay QTTB tập η tr : hiệu suất truyền động, chọn η tr = 0,95 ηdc : hiệu suất động điện, chọn ηdc = 0,75 N dc = ⇒ 0,023 = 0,0322 (KW) 0,95 0,75 Thường chọn động điện có cơng suất lớn cơng suất tính tốn để đề phòng phải làm việc tải, nên công suất động thực tế: N cdc = β N dc (KW) - Công thức II.191 sổ tay QTTB tập β : hệ số dự trữ công suất, cho bảng II.33 trang 439 sổ tay QTTB tập Ứng với N dc = 0,0322 < β = ⇒ N cdc = 0,0322 = 0,0644 (KW) Vậy cần sử dụng bơm có suất 7.10-5 (m3/s) với động điện có cơng suất 0,0644 (KW) KẾT LUẬN Qua thời gian nghiên cứu với nổ lực nhóm giúp đỡ tận tình thầy, đến chúng em hoàn thành đồ án môn học giao với đề tài “chưng cất liên tục hỗn hợp benzen - toluen tháp chóp” có thơng số theo u cầu là:…… Do tài liệu tham khảo thời gian nghiên cứu có hạn, nên q trình tính tốn khơng tránh sai sót Vì mong thầy góp ý để đồ án chúng em hoàn thiện KẾT LUẬN Qua thời gian ngun cứu tính tốn với giúp đỡ tận tình thầy, đến chúng em hồn thành đồ án mơn học giao với đề tài “Chưng cất liên tục hỗn hợp benzen – toluen tháp chóp” Em có số nhận xét q trình tính tốn sau: - kết tính tốn có sai số sử dụng phương pháp nội suy ngoại suy - Chủ yếu tính tốn kỹ thuật đề cập đến vấn đề tính tốn kinh tế Do phần tính tốn kinh tế chúng em xác so với giá ngồi thị trường Do tài liệu tham khảo thời gian nghiên cứu có hạn, nên q trình tính to SVTH: Trần Thị Diệu Hiền Trần Thanh Dũng Lớp : CĐHC5NLT GVHD: 60 ... tách cách chưng cất dầu mỏ nhựa than đá Chúng điều chế từ ankan, xicloankan : Etylbenzen điều chế từ benzen etilen : b) Ứng dụng benzen Benzen nguyên liệu quan trọng cơng nghiệp hóa hữu Nó dùng... nhiệt lượng mang khỏi tháp chưng QR nhiệt lượng lượng hồi lưu mang vào tháp Qh nhiệt lượng dohơi mang khỏi thiết bị ngưng tụ hồi lưu QD2 nhiệt lượng dohơi đốt đun sôi đáy tháp mang vào 2.4.1... Benzen ankylbenzen chất không màu, không tan nước tan nhiều dung môi hữu cơ, đơng thời chúng dung mơi hòa tan nhiều chất khác Chẳng hạn benzen hòa tan brom, iot, lưu huỳnh, cao su, chất béo,