Đồ án hóa công

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 NỘI DUNG Đầu đề thiết kế Thiết kế tính tốn hệ thống chưng luyện liên tục Tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền làm việc áp suất thường để phân tách hỗn hợp cấu tử CS CCl4 (Cacbondisunfua Cacbontetraclorua) Hỗn hợp đầu vào nhiệt độ sôi Tháp loại: Tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền Các số liệu ban đầu Năng suất tính theo hỗn hợp đầu: F = 4,2 tấn/h Nồng độ cấu tử dễ bay trong: Hỗn hợp đầu: aF= 0,331 khối lượng Sản phẩm đỉnh: aP= 0,931 khối lượng Sản phẩm đáy: aw= 0,012 khối lượng Tháp làm việc áp suất thường Hỗn hợp đầu gia nhiệt đến nhiệt độ sôi TT Tên vẽ Vẽ dây chuyền sản xuất Vẽ hệ thống tháp chưng luyện Khổ giấy Số lượng A4 01 A0 01 Nhận Xét Của Giáo Viên Hướng Dẫn ∗∗∗∗∗ Hà Nội, ngày … tháng … năm 2020 Người nhận xét Mục lục LỜI MỞ ĐẦU Trong thời kỳ đất nước q trình phát triển theo hướng cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước cơng nghiệp nước ta phát triển mạnh kéo theo phát triển ngành sản xuất hợp chất hóa học,bởi hợp chất hóa học có ứng dụng vô quan trọng để ngành khác phát triển Khi kinh tế phát triển, nhu cầu người ngày tăng Do vậy sản phẩm đòi hỏi cao hơn, đa dạng hơn, phong phú hơn, theo cơng nghệ sản xuất phải nâng cao Trong cơng nghệ hóa học, việc 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 sản phẩm tạo thành như: chưng cất, cô đặc, trích ly… Tùy vào tính chất hệ mà ta lựa chọn phương pháp thích hợp.Đối với hệ Cacbondisunfua CS2 Cacbontetraclorua CCl4 sản phẩm ngành công nghiệp tổng hợp hữu Chúng sử dụng rộng rãi cơng nghiệp hố học nói chung cơng nghiệp hữu nói riêng cơng nghiệp hố dầu, dược phẩm, phẩm nhuộm,… Thơng thường công nghiệp hữu cơ, CS2 CCl4 dạng hỗn hợp nên muốn sử dụng chúng người ta cần thiết phải tách riêng biệt chúng Để thực điều này, người ta tiến hành chưng luyện hỗn hợp tháp chưng luyện liên tục gián đoạn Để bước đầu làm quen với công việc kỹ sư hóa chất thiết kế thiết bị hay hệ thống thực nhiệm vụ sản xuất,em nhận đồ án môn học: “Quá trình thiết bị Cơng nghệ Hóa học”.Việc thực đồ án điều có ích cho sinh viên việc bước tiếp cận với thực tiễn sau hoàn thành khối lượng kiến thức giáo trình “Cơ sở trình thiết bị Cơng nghệ Hóa học” Trên sở lượng kiến thức kết hợp với kiến thức số mơn khoa học khác có liên quan,mỗi sinh viên tự thiết kế thiết bị, hệ thống thiết bị thực nhiệm vụ kĩ thuật có giới hạn q trình cơng nghệ.Qua việc làm đồ án mơn học này, sinh viên phải biết cách sử dụng tài liệu việc tra cứu,vận dụng kiến thức,quy định tính tốn thiết kế,tự nâng cao kĩ trình bày thiết kế theo văn khoa học nhìn nhận vấn đề cách có hệ thống Phần I GIỚI THIỆU CHUNG I LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN Phương pháp chưng luyện Chưng luyện phương pháp chưng cất nhằm để phân tách hỗn hợp lỏng hay hỗn hợp khí hóa lỏng dựa độ bay tương đối khác cấu tử thành phần áp suất Phương pháp chưng luyện trình chưng 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, vậy sử dụng nhiều thực tế như: sản xuất rượu, tách hỗn hợp dầu mỏ, tài nguyên, sản xuất metanol, propylen… Dựa phương pháp chưng luyện liên tục, người ta đưa nhiều thiết bị phân tách đa dạng tháp chóp, tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền, tháp đĩa lỗ khơng có ống chảy truyền, tháp đệm… Trong đồ án em giao thiết kế tháp chưng luyện liên tục tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền để phân tách cấu tử CS CCl4, chế độ làm việc áp suất thường hỗn hợp đầu gia nhiệt đến nhiệt độ sôi 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 sôi cấu tử cao giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi cấu tử  Nguyên lý làm việc: liên tục, gián đoạn • Chưng gián đoạn: phương pháp sử dụng trường 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: q trình thực liên tục nghịch dịng nhiều đoạn Thiết bị chưng luyện Trong sản xuất thường sử dụng nhiều loại tháp khác 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 sử dụng công nghệ lọc hóa dầu, đường kính tháp phụ thuộc lượng 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 Trên đĩa, pha lỏng pha khí tiếp xúc với Tùy thuộc vào cấu tạo ta có loại tháp đĩa:  Tháp đĩa chóp :  Tháp đĩa lỗ: đĩa có lỗ có đường kính (2-12 mm) có loại tháp đĩa lỗ  Tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền  Tháp đĩa lỗ khơng có ống chảy chuyền  Tháp đệm: tháp hình trụ gồm nhiều đoạn nối với mặt bích hay hàn Tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền có ưu điểm khắc phục nhiều nhược điểm loại tháp khác như: Với chức năng, tổng khối lượng tháp đĩa thường nhỏ tháp đệm tháp đĩa có bề mặt tiếp xúc pha lớn hiệu xuất làm việc cao Tháp đĩa thích hợp trường hợp có số đĩa lý thuyết số đơn vị truyền khối lớn Cấu tạo đơn giản, dễ vệ sinh, sửa chữa, làm Trở lực thiết bị không lớn Làm việc với chất lỏng bẩn, khí bẩn, vận tốc khí lớn Chính nhờ ưu điểm mà tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền sử dụng để phân tách hỗn hợp cấu tử CS2 CCl4 trường hợp II GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG LUYỆN Cacbondisunfua CS2 - Tên khác: Disunfua cacbon, Dithiocacbonic anhidrit, Cacbon bisunfua, Bisunfua cacbon - CTPT: S = C = S - Phân tử khối: 76,13 kg/kmol a Tính chất vật lý ứng dụng - Tỷ trọng: 1,261g/cm3 - Điểm nóng chảy: -110,8℃ - Độ hịa tan nước: 0,29g/100 ml nước(20℃) - Nhiệt độ sôi: 46,3℃ - Là chất lỏng không màu dễ bay - Hợp chất chất không phân cực, thường sử dụng làm nguyên liệu tổng hợp hóa hữu cấp cơng nghiệp, làm dung môi cho chất không phân cực brom, iot, cao su, nhựa… - Nó có mùi giống ete - CS2 độc nên làm thuốc trừ sâu nơng nghiệp b Tính chất hóa học - Các chất lực hạt nhân amin tạo dithiocacbamat 2R2NH + CS2 → [R2NH2+][R2NCS2−] - Các xanthat tạo thành cách tương tự từ alkoxit RONa + CS2 → [Na+][ROCS2−] Phản ứng tảng sản xuất xenluloza tái sinh, thành phần viscoza, rayon xenlophan Cả xanthat thioxanthat tương ứng (sinh từ xử lý CS2 với thiolat natri) sử dụng tác nhân tách đãi chế biến, xử lý khoáng vật - Sunfua natri tạo trithiocacbonat: Na2S + CS2 → [Na+]2[CS32−] - Clo hóa CS2 tạo cacbontetraclorua CS2 + Cl2 → CCl4 + S2Cl2 Cacbontetraclorua CCl4 - Tên khác: Tetraclometan, Benifom, Cacbon clorua, Metan tetraclorua, Peclometan, Cacbon tet, Tetrafom - CTCT: a Tính chất vật lý ứng dụng - Tỷ trọng: 1,5842g/cm3 chất lỏng 1,831g/cm3 -186℃ rắn 1,809 g/cm3 -80℃ rắn - Điểm nóng chảy: -22,92°C (250oK) - Độ hòa tan: 785 - 800 mg/l 25°C - Điểm sôi: 76,72℃ - CCl4 chất lỏng, không màu, dễ bay hơi, tạo có mùi đặc trưng dung mơi clo hóa khác - Là chất khơng phân cực nên sử dụng làm dung môi tốt cho chất không phân cực khác chất béo, dầu mỡ - CCl4 thực tế không cháy nhiệt độ thấp Ở nhiệt độ cao khơng khí, tạo photgen CCl2O độc hại - Là chất không bắt cháy, dùng làm chất dập lửa, làm lạnh - Là chất độc mạnh gan sử dụng nghiên cứu khoa học để đánh giá chất bảo vệ gan b Tính chất hóa học CCl4 khơng tham gia trực tiếp phản ứng hóa học mà dung môi cho chất không phân cực phản ứng hóa học Phản ứng quan trọng là: Khi cho toluen vào Br2/CCl4 brom vào vị trí o-, p- vòng, nguyên tử H, khác với dungdịch Br2 H2O dung môi phân cực nên phản ứng với toluen lần vào vị trí o- p- tạo thành dẫn xuất tribrom Đó điểm khác biệt Br2/H2O Br2/CCl4 phản ứng với toluen hay phenol C6H5CH3 + Br2(CCl4) → Br-C6H4-CH3 + HCl C6H5CH3 + Br2(H2O) →Br3-C6H2-CH3 + HCl Với phenol (khơng có mạch nhánh, giống toluen OH nhóm đẩy e, làm vòng dễ hơn): C6H5OH + Br2(CCl4) →Br-C6H4-OH + HCl C6H5OH + Br2(H2O) → Br3-C6H2-OH + HCl (nếu Br2 dư pư pư cộng thường xét pư này) Thông thường người ta thường điều chế CCl4 clo hóa CS2 nên việc phân tách hai cấu tử quan trọng có ý nghĩa lớn thực tế Đây hỗn hợp hai cấu tử dạng lỏng tan lẫn vào có nhiệt độ sôi cách xa CS dễ bay CCl4 nên phương pháp chưng luyện ta thu nồng độ sản phẩm đỉnh giàu CS2 nồng độ sản phẩm đáy giàu CCl4 III VẼ VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ Dây chuyền sản xuất Hình 1.1 Sơ đồ dây chuyền cơng nghê chưng luyện liên tục Chú thích: 1.Thùng chứa hỗn hợp đầu 6.Thiết bị ngưng tụ 2.Bơm 7.Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh 3.Thùng cao vị 8.Thùng chứa sản phẩm đỉnh 4.Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 9.Thiết bị gia nhiệt sản phẩm đáy 5.Tháp chưng luyện 10.Thùng chứa sản phẩm đáy Nguyên lí hoạt động Hỗn hợp CS2 CCl4 từ thùng chứa ban đầu (1) bơm lên thùng cao vị bơm (2) Chất lỏng thùng cao vị vượt mức quy định cho chảy trở lại thùng chứa (1) đầy thùng chứa Hỗn hợp CS2 – CCl4 từ thùng cao vị qua thiết gia nhiệt hỗn hợp đầu Ở hỗn hợp đầu đun nóng đến nhiệt độ sơi nước bão hịa sau vào tháp chưng luyện (5) đĩa tiếp liệu Trong tháp chưng luyện từ lên lỏng từ xuống, lỏng tiếp xúc với trình chuyển khối xảy thiết bị Theo chiều cao tháp lên cao nhiệt độ giảm nên từ lên cấu tử CCl4 có nhiệt độ sôi cao ngưng tụ lại thành lỏng xuống phía đáy tháp đồng thời nhiệt tỏa ngưng tụ giúp làm bay CS2 Hơi đỉnh tháp chứa CCl4 qua thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh (6) ngưng tụ thành lỏng nhờ thiết bị phân chia dịng phần sản đỉnh hồi lưu trở lại tháp để tăng độ tinh khiết sản phẩm đỉnh Phần lại nồng độ đạt yêu cầu đưa qua thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh đến nhiệt độ thường trước vào thiết bị chứa sản phẩm đỉnh (8) Hỗn hợp sản phẩm lỏng đáy tháp phần hồi lưu trở lại, đun bốc nhờ thiết bị (9) vào đáy thiết bị chưng luyện Phần lại đưa vào thiết bị chứa sản phẩm đáy (10) Do lên từ đáy tháp chứa chủ yếu CS2 đáy tháp hỗn hợp giàu CCl4.Tháp chưng luyện làm việc chế độ liên tục, hỗn hợp đầu vào sản phẩm cung cấp lấy liên tục 10 ... gián đoạn Để bước đầu làm quen với công việc kỹ sư hóa chất thiết kế thiết bị hay hệ thống thực nhiệm vụ sản xuất,em nhận đồ án môn học: “Quá trình thiết bị Cơng nghệ Hóa học”.Việc thực đồ án. .. dụng nghiên cứu khoa học để đánh giá chất bảo vệ gan b Tính chất hóa học CCl4 khơng tham gia trực tiếp phản ứng hóa học mà dung môi cho chất không phân cực phản ứng hóa học Phản ứng quan trọng... 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 sử dụng công nghệ lọc hóa dầu, đường kính tháp phụ thuộc lượng pha lỏng