-Hơi ra ở đỉnh tháp được dẫn qua thiết bị ngưng tụ, tại đây hơi được ngưng tụ hoàn toàn thành lỏng bão hòa , được hoàn lưu vào tháp với tỷ số hoàn lưu R và phần còn lại đưa đi làm n[r]
(1)MỞ ĐẦU
Ngày với phát triển vượt bậc công nghiệp giới nước nhà, ngành công nghiệp cần nhiều hố chất có độ tinh khiết cao
Chưng cất trình hay dùng để làm chất lỏng Việc thiết kế hệ thống chưng cất, với mục đích tách aceton khỏi hỗn hợp Aceton – Acid Acetic nhiệm vụ kỹ sư ngành cơng nghệ hóa học
Vì thế, đề tài Thiết kế hệ thống chưng cất Aceton –Acid Acetic môn
Đồ An Môn Học Quá Trình Thiết Bị bước giúp cho sinh viên tập luyện chuẩn bị cho việc thiết kế q trình & thiết bị cơng nghệ lĩnh vực
Tập thuyết minh đồ án môn học gồm phần : Phần I : Tổng quan
Phần II : Thuyết minh qui trình cơng nghệ Phần III : Cân vật chất lượng
Phần IV : Tính tốn kích thước tháp Phần V : Tính chóp trở lực tháp
Phần V I : Tính tốn khí
Phần VII : Tính thiết bị truyền nhiệt Phần VIII : Tính chiều cao bồn cao vị Phần IX : Tính cách nhiệt
Phần X : Tính tốn giá thành cho thiết bị Tài liệu tham khảo
Để hoàn thành đồ án , thực em cố gắng nhiều Song , bước đầu làm quen với cơng tác thiết kế nên hẳn không tránh khỏi sai sót
(2)I-TỔNG QUAN:
Aceton acid acetic hai loại hoá chất quan trọng nghành cơng nghiệp hóa chất
Aceton : Phần lớn dùng làm dung môi công nghiệp sản xuất nhựa, vecni, chất dẻo Aceton làm dung môi tốt nitro xeluloza, acetyl xenluloza Nó độc nên dùng làm dung môi công nghiệp dược phẩm thực phẩm Aceton dùng làm nguyên liệu để tổng hợp số lớn hợp chất xeten, izopren, oxit mezytyl, rượu diacetomic…
Acid acetic: loại acid quan trọng loại acid hữu Nó rẻ nên ứng dụng rộng rãi hoá chất để điều chế nhiều hợp chất quan trọng Acid acetic ứng dụng nghành :
+ Làm dấm ăn
+ Đánh đông mủ cao su
+ Làm chất dẻo tơ lụa xeluloza acetat + Làm phim ảnh không nhạy lửa + Làm chất kết dính polyvinyl acetat
+ Làm phẩm màu, dược phẩm, nước hoa tổng hợp
Chưng cất trình dùng nhiệt để tách hỗn hợp lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác cấu tử hỗn hợp nhiệt độ
Về thiết bị : sử dụng loại tháp chưng cất sau : -Tháp chưng cất dùng mâm xuyên lỗ mâm đĩa lưới -Tháp chưng cất dùng mâm chóp
-Tháp đệm (tháp chưng cất dùng vật chêm ) Nhận xét ưu khuyết điểm loại tháp : -Tháp mâm xuyên lỗ
Ưu điểm : chế tạo đơn giản , vệ sinh dễ dàng , trở lực thấp tháp chóp , tốn kim loại tháp chóp
Nhược điểm : yêu cầu lắp đặt cao : mâm lắp phải phẳng , tháp có đường kính q lớn (>2.4m) dùng mâm xun lỗ chất lỏng phân phối khơng mâm
-Tháp chóp
Ưu điểm : hiệu suất truyền khối cao , ổn định , tiêu hao lượng nên có số mâm
Nhược điểm : chế tạo phức tạp , trở lực lớn -Tháp đệm :
Ưu điểm :chế tạo đơn giản , trở lực thấp
Nhược điểm :hiệu suất thấp , ổn định phân bố pha theo tiết diện tháp không , sử dụng tháp chêm không cho phép ta kiểm sốt q trình chưng cất theo khơng gian tháp tháp mâm q trình thể qua mâm cách rõ ràng , tháp chêm khó chế tạo kích thước lớn qui mô công nghiệp
Đề tài đồ án môn học :
Đề tài đồ án môn học :Thiết kế tháp chưng cất dùng mâm chóp với kiện sau:
(3)Nồng độ Aceton nhập liệu 30% khối lượng Năng suất nhập liệu 3000 kg /h
Nồng độ Aceton sản phẩm đỉnh 97% khối lượng Nồng độ Aceton sản phẩm đáy 0,5 % khối lượng Tháp hoạt động liên tục , chưng cất áp suất thường II-THUYẾT MINH QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ:
Nhập nguyên liệu hỗn hợp Aceton – Acide acetic đưa vào bồn chứa nguyên liệu Sau nhập liệu bơm đưa lên bồn cao vị Từ nhập liệu qua thiết bị gia nhiệt nước bão hòa đưa nhiệt độ nhập liệu từ 30oC lên nhiệt độ sôi 85,8oC đưa vào tháp chưng cất mâm nhập liệu
-Hơi đỉnh tháp dẫn qua thiết bị ngưng tụ, ngưng tụ hoàn toàn thành lỏng bão hịa , hồn lưu vào tháp với tỷ số hồn lưu R phần cịn lại đưa làm nguội thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh
-Lỏng đáy tháp dẫn qua nồi đun kiểu Kettle đun nóng gián tiếp nước bão hòa, nồi đun dẫn vào tháp để cấp nhiệt cho tháp Lượng lỏng khỏi nồi đun làm nguội làm sản phẩm đáy
-Trong tháp, có q trình tiếp xúc pha truyền khối hai pha lỏng Thiết bị ngưng tụ, làm nguội dùng nước để trao đổi nhiệt gián tiếp
-Hệ thống làm việc liên tục cho sản phẩm đỉnh Aceton sản phẩm đáy Acid acetic
III CÂN BẰNG VẬT CHẤT NĂNG LƯỢNG A-CÂN BẰNG VẬT CHẤT:
a-Xác định thông số Ký hiệu:
xF , xD , xW :phân mol Aceton nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy
F,D,W :suất lượng mol dòng nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy (kmol/h) MA , MB :lần lượt phân tử lượng Aceton Axit Acetic (kg/kmol)
-Phân tử lượng trung bình dịng
MF =xF.MA + (1-xF).MB = 0,3.58 + (1-0.3).60 = 59,4 (kg/kmol) MD =xD.MA + (1- xD).MB = 0,97.58 + (1-0,97).60 = 58,06 (kg/kmol) MW =xW.MA + (1- xW).MB = 0,005 58 + (1-0,005).60 =59,99 (kg/kmol) -Suất lượng dòng nhập liệu
F = F M
F =
4 , 59 3000
(4)Cân vật chất cho tồn tháp ta có hệ sau: F = D + W
F.xF =D.xD + W.xW D = W D W F x x x x F
= 50,505
005 , 97 , 005 , , 15,439 (kmol/h) W= F -D =50,505 -15,439 = 35,066 (kmol/h)
Tóm lại ta có bảng sau:
F xF D xD W xW 50,505 0,3 15,439 0,97 35,066 0,005 -Tính số hồi lưu thích hợp:
Sử dụng công thức thực nghiệm : R =1,3.Rmin + 0,3 (CT IX-25b tr149-STT2) Với Rmin=
F F F D x y y x * *
(CT IX-24 Tr 149 STT2)
Với yF* phân mol Aceton pha cân với xF Từ số liệu bảng tra IX-2a /tr135 STT2 , thành phần lỏng – cân ta có : xF = 0,3 y*F = 0,725 Do
Rmin=
3 , 725 , 725 , 97 , =0,576
Vậy R=1,3 Rmin + 0,3 =1,3.0,576 + 0,3 = 1,049 b-Xác định số mâm lý thuyết :
Việc xác định số mâm lý thuyết tiến hành đồ thị y-x -Phương trình đường làm việc phần cất
y= x R
R
+ R1 xD = x 049 , 049 , + 049 , 97 ,
=0,512x + 0,473
F,xF
W, xW
(5)-Phương trình đường làm việc phần chưng y= x R f R - 1 R f
xW = x
049 , 271 , 049 ,
+ 0,005 409 , 271 ,
=2,108x – 0,0055 với f=
W F W D x x x x = 005 , , 005 , 97 , =3,271
Dựng đường làm việc tháp bao gồm đường làm việc phần cất phần chưng Trên đồ thị y-x ta vẽ đường bậc thang từ xác định số mâm lý thuyết 12 mâm
B-CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG: a-Nhiệt trao đổi thiết bị ngưng tụ
QD =(R+1)D.rD (CT 6.15 /TR 256- T10)
Với rD = xD.MA.rA + (1-xD)MB.rB
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
(6)12.37 + 62.4,04 = 694,48m .Lấy tròn : 695m -Giá tiền ống đồng thau: 20000 đồng/m
-Tổng tiền : 695.20000 = 13 triệu 900 ngàn
-Chiều dài ống có đường kính từ 30-50 mm :
+Ống đồng thau có chiều dài: 5,6.130 = 728 m , giá tiền 25000 đồng/m Tổng tiền : 728.25000 =18 triệu 200ngàn
+Ống thép không gỉ có chiều dài :4,1.130 = 533 m, giá tiền 50000 đồng/m Tổng tiền : 533 50000 = 26 triệu 650ngàn
c-Tính tiền ống dẫn : -Giá tiền mua ống triệu đồng d-Lưu lượng kế :
Giá lưu lượng kế có đường kính d 50 mm 1,5 triệu đồng , ta cần hai lưu lượng kế nên tổng tiền cần mua lưu lượng kế triệu đồng
e-Van :
Cần 16 van có đường kính d 50 mm làm thép thường có giá 50000 đồng/van
Tổng tiền mua van 800 ngàn đồng
g-Khối lượng vật liệu để làm vỏ thiết bị bồn chứa khoảng 500 kg thép CT3 Tổng tiền : triệu đồng
-Cần khoảng 30 cút inox để nối hệ thống đường ống hệ thống chưng cất giá cút 30.000 đồng /cút Vậy tổng số tiền mua cút 900 ngàn đồng Tóm lại ta có bảng sau :
STT Tên vật liệu Giá tiền
1 Bơm 376 ngàn
2 Ống truyền nhiệt 58 triệu 750 ngàn
3 Ống dẫn triệu
4 Lưu lượng kế triệu
5 Van 800 ngàn
6 Vỏ TBị phụ bồn chứa triệu
7 Cút nối đường ống 900 ngàn
8 Tổng tiền cho TBị phụ 74 triệu 776 ngàn
9 Thiết bị 102 triệu 250 ngàn
10 Tiền gia công 204 triệu 500 ngàn
11 Tiền gia công chế tạo TBị phụ 149 triệu 532 ngàn 12 Tiền gia công xây lắp bố trí TBị 25 triệu
13 Tiền vận chuyển triệu
(7)TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.Sổ tay “ Quá trình thiết bị cơng nghệ hố chất “_tập 1.Nhà xuất khoa học kỹ thuật
2.Sổ tay “ Q trình thiết bị cơng nghệ hố chất “_tập 2.Nhà xuất khoa học kỹ thuật
3.Phạm Văn Bơn- Vũ Bá Minh –Hồng Minh Nam “Q trình thiết bị cơng nghệ hố chất tập 10 Ví dụ Bài tập “,TPHCM
4.Phạm Văn Bơn (chủ biên) –Nguyễn Đình Thọ “Quá trình thiết bị cơng nghệ hố chất tập :Q trình thiết bị truyền nhiệt“
Trường đại học kỹ thuật TPHCM
5 Trần Hùng Dũng –Nguyễn Văn Lục-Hoàng Minh Nam –Vũ Bá Minh “Q trình thiết bị cơng nghệ hoá học tập “, TPHCM
6 Hồ Lê Viên “ Thiết kế tính tốn chi tiết thiết bị hóa chất “ 7.Võ Văn Bang –Vũ Bá Minh
“Các q trình thiết bị cơng nghiệp hoá chất thực phẩm “ tập : truyền khối
8.G.S Tiến sĩ Nguyễn Bin “ Tính tốn q trình thiết bị cơng nghệ hoá chất thực phẩm”
Tập 2.NXB KH & K Thuật Hà Nội, 2000
9.Sổ tay thiết kế “Thiết bị hoá chất & chế biến thực phẩm đa dụng “ Biên soạn :Phan văn Thơm ,1992