chưng luyện tháp đĩa lỗ không ống chảy truyền nước axit axetic

Trường ĐH Cơng nghiệp Hà Nội Khoa cơng nghệ Hố BỘ CƠNG THƯƠNG CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ Số :……… Họ tên HS-SV: Đinh Thị Hà Lớp : ĐHCN Hóa 1- K3 Khóa : 03 Khoa : Cơng nghệ hóa Giáo viên hướng dẫn : Thầy Nguyễn Thế Hữu NỘI DUNG Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp Nước – Axit Axetic Các thông số ban đầu : - Năng suất tính theo hỗn hợp đầu : F = 13,5 tấn/giờ - Nồng độ cấu tử dễ bay : + Hỗn hợp đầu : a = 0,31 phần khối lượng + Sản phẩm đỉnh : a = 0,975 phần khối lượng + Sản phẩm đáy : a = 0,01 phần khối lượng Tháp làm việc áp suất thường - Hồn hợp đầu gia nhiệt tới nhiệt độ sôi stt Tên vẽ Khổ giấy Vẽ dây chuyền sản xuất A4 Vẽ hệ thống tháp chưng luyện A0 Số lượng 01 01 PHẦN THUYẾT MINH Ngày giao đề……………………Ngày hoàn thành ……………… GVHD: Nguyễn Thế Hữu SVTH: Đinh Thị Hà Lớp Hoá – K3 Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội Khoa công nghệ Hoá NHẬN XÉT ĐỒ ÁN Giáo viên hướng dẫn nhận xét: _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Điểm: Chữ ký: _ Cán chấm hay Hội đồng bảo vệ nhận xét: _ _ _ _ _ _ _ Điểm: Chữ ký: _ Điểm tổng kết: GVHD: Nguyễn Thế Hữu SVTH: Đinh Thị Hà Lớp Hoá – K3 Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội Khoa cơng nghệ Hố MỤC LỤC Lời mở đầu PHẦN I: TỔNG QUAN I: LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT .5 II GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG .6 III SƠ ĐỒ CƠNG NGHỆ:………………………………………………………… PHẦN II: TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH 12 Tính tốn cân vật liệu tồn thiết bị .12 1.1 Phương trình cân vật liệu tồn tháp 12 1.2 Tính số hồi lưu thích hợp (Rth) 14 2.TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP .28 2.1 Đường kính đoạn luyện: 28 2.2.Đường kính đoạn chưng .34 3.TÍNH CHIỀU CAO THÁP XÁC ĐỊNH THEO ĐƯỜNG CONG ĐỘNG HỌC .39 3.1.Hệ số khuếch tán 39 3.2 Hệ số cấp khối 41 4.Tính trở lực tháp 49 4.1.Tính trở lực đĩa khô 49 4.2.Trở lực đĩa sức căng bề mặt chất lỏng .50 4.3.Trở lực thủy tĩnh lớp chất lỏng gây ra: 50 5.Tính cân nhiệt lượng 52 5.1.Cân nhiệt lượng thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu 52 5.2.Cân nhiệt lượng tháp chưng luyện 55 5.3.Cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ 58 5.4.Cân nhiệt lượng thiết bị làm lạnh 59 PHẦN III : TÍNH THIẾT BỊ PHỤ .61 I.Thiết bị gia nhiêt hỗn hợp đầu .61 1.Hiệu số nhiệt độ trung bình .61 2.Lượng nhiệt trao đổi 62 Diện tích trao đổi nhiệt 62 II Tính bơm thùng cao vị 70 PHẦN IV: TÍNH TỐN CƠ KHÍ VÀ LỰA CHỌN 84 Tính tốn thân tháp: 84 2.Tính đường kính ống dẫn: 87 Tính đáy nắp thiết bị: .92 Chọn bích ghép: 95 Tính giá đõ tai treo 96 KẾT LUẬN .100 LỜI CẢM ƠN 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO .102 GVHD: Nguyễn Thế Hữu SVTH: Đinh Thị Hà Lớp Hoá – K3 Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội Khoa cơng nghệ Hố 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 GVHD: Nguyễn Thế Hữu SVTH: Đinh Thị Hà Lớp Hố – K3 Trường ĐH Cơng nghiệp Hà Nội Khoa cơng nghệ Hố PHẦN I: TỔNG QUAN I: LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT Phương pháp chưng cất 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 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 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 chưng luyện liên tục dạng đĩa lỗ khơng có ống chảy truyền nhằm phân tách cấu tử Nước – Axit Axetic , chế độ làm việc áp suất thường với hỗn hợp đầu vào nhiệt độ sôi Nước – Axit Axetic hỗn hợp lỏng thường gặp thực tế việc tách riêng cấu tử có ý nghĩa quan trọng cần Axit Axetic có nồng độ lớn dùng làm nguyên liệu sản xuất hợp chất thực phẩm 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 GVHD: Nguyễn Thế Hữu SVTH: Đinh Thị Hà Lớp Hố – K3 Trường ĐH Cơng nghiệp Hà Nội Khoa cơng nghệ Hố * 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 trình thực liên tục nghịch dòng 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 sủ 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 : + 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 * Tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền hoạt động với hiệu suất cao ổn định Khắc phục nhược điểm loại tháp khác ; làm việc với chất lỏng bẩn … Vậy : chọn tháp đĩa lỗ khơng có ống chảy chuyền để chưng hệ Nước – Axit Axetic GVHD: Nguyễn Thế Hữu SVTH: Đinh Thị Hà Lớp Hoá – K3 Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội Khoa cơng nghệ Hố II GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG 1.Nước: Trong điều kiện bình thường: nước chất lỏng không màu, không mùi, không vị khối nước dày có màu xanh nhạt Khi hóa rắn tồn dạng tinh thể khác  Khối lượng phân tử : 18g/mol  o Khối lượng riêng d4 c : 1g/ml  Nhiệt độ nóng chảy : 0o C  Nhiệt độ sôi : 100o C  Độ nhớt 25o C : 1,005.10-3 N.s/m2 Nước hợp chất chứa phần lớn trái đất (3/4 diện tích trái đất nước biển) cần thiết cho sống Nước dung môi phân cực mạnh, có khả hịa tan nhiều chất dung mơi quan trọng kỹ thuật hóa học Axit Axetic 2.1 Tính chất:  Là chất lỏng khơng màu, có mùi sốc đặc trưng, trọng lượng riêng 1,0497 (ở 20o C)  Khi haj nhiệt độ xuống đơng đặc thành khối tinh thể có Tonc = 16,635 – 0,002o ,Tosơi = 118o C  Tan nước, rượu ete theo tỷ lệ  Là axit yếu, số phân ly nhiệt động 25o C K = 1,75.10-5 Tính ăn mịn kim loại:  Axit Axetic ăn mịn sắt  Nhơm bị ăn mịn axit lỗng, đề kháng tốt với axit axetic đặc khiết Đồng chì bị ăn mịn axit axetic với diện khơng khí  Thiếc số loại thép Nikel – Crom đề kháng tốt với axit axetic 2.2 Điều chế: Axit axetic điều chế cách: 1) Oxy hóa có xúc tác cồn etylic để biến thành anđêhit axetic, giai đoạn trung gian Sự oxy hóa kéo dài tiếp tục oxy hóa ânđêhit axetic thành axit axetic CH3CHO + O2 = CH3COOH C2H5OH + O2 = CH3COOH + H2O 2)Oxy hóa andehit axetic tạo thành cách tổng hợp từ axetylen coban axetat Người ta thao tác andehit axetic nhiệt độ gần 80oC để ngăn chặn GVHD: Nguyễn Thế Hữu SVTH: Đinh Thị Hà Lớp Hoá – K3 Trường ĐH Cơng nghiệp Hà Nội Khoa cơng nghệ Hố hình thành peoxit Hiệu suất đạt 95 ÷ 98 % so với lý thuyết Người ta đạt dễ dàng sau điều chế axit axetic kết tinh CH3CHO + O2 Coban axetat 80oC CH3COOH 3)Tổng hợp từ cồn metylic Cacbon oxit Hiệu suất đạt 50 ÷ 60% so với lý thuyết cách cố định cacbon oxit cồn meetylic qua xúc tác Nhiệt độ từ 200 ÷ 500oC, áp suất 100 ÷ 200 atm CH3OH + CO = CH3C với diện metaphotphit photpho – vonframat kim loại hóa trị (chẳng hạn sắt, coban) 2.3 Ứng dụng Axit axetic axit quan trọng loại axit hữu Axit axetic tìm nhiều ứng dụng loại axit hữu rẻ tiền Nó dung để chế tạo nhiều hợp chất este Nguồn tiêu thụ chủ yếu axit axetic ;  Làm dấm ăn (dấm ăn chứa 4,5% axit axetic)  Làm đông đặc nhựa mủ cao su  Làm chất dẻo tơ sợi xenluloza axetat, làm phim ảnh khơng nhạy lửa  Làm chất nhựa kết dính polyvinyl axetat  Làm phẩm máu, dược phẩm, nước hoa tổng hợp  Axetat nhôm dung làm chất cắn màu (mordant nghề nhuộm)  Phần lớn este axetat dung mơi, ví dụ: izoamyl axetat hịa tan nhiều loại nhựa GVHD: Nguyễn Thế Hữu SVTH: Đinh Thị Hà Lớp Hoá – K3 Trường ĐH Cơng nghiệp Hà Nội Khoa cơng nghệ Hố III SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ: 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 ngồi 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 GVHD: Nguyễn Thế Hữu SVTH: Đinh Thị Hà Lớp Hố – K3 Trường ĐH Cơng nghiệp Hà Nội Khoa cơng nghệ Hố 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 hịa 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 phần cấu tử dễ bay y1 sục trực tiếp vào lớp lỏng đĩa có thành phần cấu tử dễ bay x1 ( x1 7.104 3.1 Chiều dày nắp Sn  Dt Pn D t C 3,8. . h k 2.hb Trong đó: Pn = P= 264089,71 N/m2 h : hệ số bền mối hàn; k: hệ số hiệu chỉnh hb: chiều cao nắp C: hệ số hiệu chỉnh C= 1,5.10-3 m Và có tăng thêm chút tùy thuộc chiều dày: Thêm 2mm S-C < 10mm Thêm 1mm 0< S-C