Thay vì đưa vào trong hỗn hợp một pha mới để tạo n ên s ự tiếp xúc giữa hai pha như trong quá tr ình h ấp thu hoặc nhả khí, trong quá trình ch ưng cất pha mới được tạo n ên b ằng sự [r]
(1)LỜI MỞ ĐẦU
Cơng nghệ hóa học ngành đóng góp lớn phát triển công nghiệp nước ta.Trong ngành sản xuất hóa chất sử dụng sản phẩm hóa học, nhu cầu sử dụng nguyên liệu có độ tinh khiết cao phải phù hợp với qui trình sản xuất nhu cầu sử dụng
Ngày nay, phương pháp sủ dụng để nâng cao độ tinh khiết là: chưng cất, trích ly, đặc, hấp thu ….Tùy theo đặc tính sản phẩm mà ta lựa chọn phương pháp thích hợp Hệ methanol – nước cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho methanol
Đồ án mơn học Q trình Thiết bị mơn học mang tính tổng hợp q trình học tập kỹ sư hố- thự c phẩm tương lai Môn học giúp sinh viên giải nhiệm vụ tính tốn cụ thể về: u cầu công nghệ, kết cấu, giá thành thiết bị sản xuất hoá chất - thực phẩm Đây bước để sinh viên vận dụng kiến thức học nhiều môn học vào giải vấn đề kỹ thuật thực tế cách tổng hợp
Em chân thành cảm ơn thầy Mai Thanh Phong q thầy mơn Máy & Thiết Bị, bạn sinh viên giúp em hoàn thành đồ án Tuy nhiên, q trình hồn thành đồ án khơng thể khơng có sai sót, em mong q thầy góp ý, dẫn
(2)CHƯƠNG
Tổng quan
I. Giới thiệu nguyên liệu
1 Methanol
Methanol cịn gọi rượu gỗ, có cơng thức hóa học CH3OH Là chất lỏng
khơng màu, dễ bay độc Các thông số methanol: - Phân tử lượng: 32,04 g/mol
- Khối lượng riêng: 0,7918 g/cm3 - Nhiệt độ nóng chảy: -97oC (176K) - Nhiệt độ sôi: 64,5oC ( 337,8K) - Độ nhớt: 0,59 Ns/m2ở 20oC
1.1 Ứng dụng
Methanol dùng làm chất chống đông, làm dung môi, làm nhiên liệu cho động đốt trong, ứng dụng lớn làm nguyên liệu để sản xuất hóa chất khác
Khoảng 40% metanol chuyển thành forml dehyde, từ sản xuất chất dẻo, sơn…Các hóa chất khác dẫn xuất từ metanol bao gồm dimeylete…
1.2 Sản xuất
Methanol sinh từ trao đổi chất yếm khí vài loài vi khuẩn Kết lượng nhỏ methanol tạo thành khơng khí Và sau vài ngày khơng khí có chứa methanol bị oxy hoá O2 tác dụng ánh sáng chuyển thành
CO2 H2O theo phương trình:
2CH3OH + 3O2 2CO2 + 4H2O
Hiện methanol sản xuất cách tổng hợp trực tiếp từ H2 CO,
gia nhiệt áp suất thấp có mặt chất xúc tác
2 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 dạng tinh thể khác Tính chất vật lý:
- Khối lượng phân tử : 18 g / mol - Khối lượng riêng d4
o
C : g / ml
- Nhiệt độ nóng chảy : 00C - Nhiệt độ sôi : 1000 C
Nước hợp chất chiếm phần lớn trái đất (3/4 diện tích trái đất nước biển) cần thiết cho sống
Nước dung môi phân cực mạnh, có khả hồ tan nhiều chất dung mơi quan trọng kỹ thuật hóa học
3 Hỗn hợp Methanol-nước
(3)toC 100 92,3 87,7 81,7 78 75,3 73,1 71,2 69,3 67,5 66 64,5
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 Ở
x thành phần lỏng y thành phần
II. Lý thuyết chưng cất:
Khái niệm:
Chưng cất trình dùng để tách cấu tử hỗn hợp lỏng (cũng hỗn hợp khí lỏng) thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác cấu tử hỗn hợp (nghĩa nhiệt độ, áp suất bão hòa cấu tử khác nhau)
Thay đưa vào hỗn hợp pha để tạo nên tiếp xúc hai pha q trình hấp thu nhả khí, q trình chưng cất pha tạo nên bốc ngưng tụ
Trong trường hợp đơn giản nhất, chưng cất đặc khơng khác nhau, nhiên hai q trình có ranh giới trình chưng cất dung môi chất tan bay (nghĩa cấu tử diện hai pha với tỷ lệ khác nhau), cịn q trình đặc có dung mơi bay cịn chất tan không bay
Khi chưng cất ta thu nhiều cấu tử thường hệ có cấu tử thu nhiêu sản phẩm Nếu xét hệ đơn giản có cấu tử ta thu sản phẩm:
+ Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay lớn phần cấu tử có độ bay bé
+ Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay bé phần cấu tử có độ bay lớn
Vậy hệ methanol - nước thì: - Sản phẩm đỉnh chủ yếu methanol - Sản phẩm đáy chủ yếu nước
2 Các phương pháp chưng cất: 2.1 Phân loại theo áp suất làm việc
- Áp suất thấp - Áp suất thường - Áp suất cao
2.2 Phân loại theo nguyên lý làm việc - Chưng cất đơn giản
- Chưng nước trực tiếp - Chưng cất đa cấu tử
2.3 Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt đáy tháp - Cấp nhiệt trực tiếp
- Cấp nhiệt gián tiếp
Vậy hệ methanol - nước, ta nên chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt gián tiếp
(4)Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác để tiến hành chưng cất Tuy nhiên yêu cầu chung thiết bị giống nghĩa diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều phụ thuộc vào mức độ phân tán lưu chất vào lưu chất Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có loại tháp mâm, pha lỏng phân tán vào pha khí ta có tháp chêm, tháp phun,… Ở ta khảo sát loại thường dùng tháp mâm tháp chêm
- Tháp mâm: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía có gắn mâm có cấu tạo khác nhau, pha lỏng pha cho tiếp xúc với Tùy theo cấu tạo đĩa, ta có:
- Tháp mâm chóp : mâm bố trí có chóp dạng trịn, xupap, chữ s… - Tháp mâm xuyên lỗ: mâm có nhiều lỗ hay rãnh
- Tháp chêm (tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với mặt bích hay hàn Vật chêm cho vào tháp theo hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự
So sánh ưu nhược điểm loại tháp:
Tháp chêm Tháp mâm xuyên lỗ Tháp mâm chóp
Ưu điểm
- Cấu tạo đơn giản - Trở lực thấp
- Làm việc với chất lỏng bẩn
- Trở lực tương đối thấp - Hiệu suất cao
- Khá ổn định - Hiệu suất cao
Nhược điểm
- Do có hiệu ứng thành nên hiệu suất truyền khối thấp
- Độ ổn định thấp, khó vận hành - Khó tăng suất
- Thiết bị nặng nề
- Không làm việc với chất lỏng bẩn - Kết cấu phức tạp
- Có trở lực lớn - Tiêu tốn nhiều vật tư, kết cấu phức tạp
Trong báo cáo ta sử dụng tháp mâm xuyên lỗ để chưng cất hệ methanol - nước
CHƯƠNG 2
Quy trình cơng nghệ
Thuyết minh quy trình cơng nghệ:
(5)gia nhiệt đến nhiệt độ sơi thiết bị đun sơi dịng nhập liệu (3), đưa vào tháp chưng cất (5) đĩa nhập liệu
Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng trộn với phần lỏng từ đoạn luyện tháp chảy xuống Trong tháp, từ lên gặp chất lỏng từ xuống Ở đây, có tiếp xúc trao đổi hai pha với Pha lỏng chuyển động phần chưng xuống giảm nồng độ cấu tử dễ bay bị pha tạo nên từ nước cấp trực tiếp vào đáy tháp lôi cấu tử dễ bay Nhiệt độ lên thấp, nên qua đĩa từ lên cấu tử có nhiệt độ sơi cao nước ngưng tụ lại, cuối đỉnh tháp ta thu hỗn hợp có cấu tử methsanol chiếm nhiều (có nồng độ 95% phần khối lượng) Hơi vào thiết bị ngưng tụ (7) ngưng tụ hoàn toàn Một phần chất lỏng ngưng tụ hồn lưu tháp đĩa Phần cịn lại làm nguội đến 400C, đưa bình chứa sản phẩm đỉnh
Một phần cấu tử có nhiệt độ sơi thấp bốc hơi, cịn lại cấu tử có nhiệt độ sơi cao chất lỏng ngày tăng Cuối cùng, đáy tháp ta thu hỗn hợp lỏng hầu hết cấu tử khó bay (nước) Hỗn hợp lỏng đáy có nồng độ methanol 1,5% phần khối lượng, lại nước Dung dịch lỏng đáy khỏi tháp vào thiết bị trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu, đưa qua bồn chứa sản pham đáy (11)
Hệ thống làm việc liên tục cho sản phẩm đỉnh methanol Sản phẩm đáy nước sau trao trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu thải bỏ nhiệt độ 600C
Chú thích kí hiệu qui trình: Bồn chứa nguyên liệu Bơm
3 Bồn cao vị
4 Thiết bị trao đổi nhiệt
5 Thiết bị đun sơi dịng nhập liệu Lưu lượng kế
7 Tháp chưng
8 Thiết bị đun sản phẩm đáy Bồn chứa sản phẩm đỉnh 10 Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh 11 Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 12 Bẩy
(6)Vật liệu Số lượng
Đơn giá
Thành tiền (đ)
Thép X18H10T 243,43 (kg) 50000 (đ/kg) 12171500
Thép CT3 163,82 (kg) 10000 (đ/kg) 1638200
Bulông 164 (cái) 2500 (đ/cái) 410000
Ống dẫn 38 x 3mm 837 (m) 50000 (đ/m) 41850000
Ống 70mm 10 (m) 100000 (đ/m) 1000000
Ống 150mm 10 (m) 100000 (đ/m) 1000000
Ống 50mm 40 (m) 100000 (đ/m) 4000000
Bơm ly tâm 54,6 (W) 700000 (đ/Hp) 56000
Áp kế (cái) 200000 (đ/cái) 400000
Nhiệt kế (cái) 150000 (đ/cái) 450000
Lưu lượng kế (³ 50mm) (cái) 1000000 (đ/cái) 2000000
Tổng chi phí vật tư 64975700
Vậy tổng chi phí vật tư 65 triệu đồng Xem tiền công chế tạo 200% tiền vật tư Vậy: tổng chi phí 195 triệu đồng
CHƯƠNG 7:
Kết luận
(7)Tài liệu tham khảo
[1] Sổ tay Quá trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa học Tập 1, ĐHBK Hà Nội [2] Sổ tay Quá trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa học Tập 2, ĐHBK Hà Nội
[3] Võ Văn Bang, Vũ Bá Minh, “ Quá trình Thiết bị Cơng Nghệ Hóa Học – Tập 3: Truyền Khối”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 2004
[4] Phạm Văn Bôn – Nguyễn Đình Thọ, “Q trình Thiết bị Cơng Nghệ Hóa Học – Tập 5: Q trình Thiết bị Truyền Nhiệt”, Nhà xuất Đại học Quốc gia
TpHCM, 2002
[5] Phạm Văn Bôn , “Quá trình Thiết bị Cơng Nghệ Hóa Học – Bài tập Truyền nhiệt”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM,2004
[6] Trịnh Văn Dũng , “Quá trình Thiết bị Cơng Nghệ Hóa Học – Bài tập Truyền khối”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM,2004
[7] Hồ Lê Viên, “Thiết kế Tính tốn thiết bị hóa chất”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1978