Đang tải... (xem toàn văn)
Trong bối cảnh nền kinh tế Việt Nam đang trên đà phát triển mạnh mẽ như hiện nay, tăng trưởng GDP đạt 6,5% trong năm 2023 thì nền công nghiệp nói chung và nền công nghiệp hóa học nói riêng đóng một vai trò vô cùng to lớn vào đà tăng trưởng chung của đất nước. Ngành công nghệ hóa học giữ vai trò quan trọng trong việc sản xuất các sản phẩm phục vụ cho nền kinh tế quốc dân, tạo tiền đề cho nhiều ngành khác phát triển.
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HĨA – BỘ MƠN CƠNG NGHỆ DẦU KHÍ & KHAI THÁC DẦU BÁO CÁO DỰ ÁN LIÊN MÔN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HĨA HỌC ĐỀ TÀI: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC ĐỂ PHÂN RIÊNG HỖN HỢP ACETON – BENZEN BẰNG THÁP ĐĨA Lớp học phần: 20N52 Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Trương Hữu Trì TS Nguyễn Thị Thanh Xn TS Nguyễn Thanh Bình Nhóm thưc hiện: Nhóm Nguyễn Cảnh Nghị Nhóm trưởng Lê Tiến Linh Thành viên Huỳnh Ngọc Huy Thành viên Đà Nẵng, tháng năm 2023 LỜI NÓI ĐẦU Trong bối cảnh kinh tế Việt Nam đà phát triển mạnh mẽ nay, tăng trưởng GDP đạt 6,5% năm 2023 cơng nghiệp nói chung cơng nghiệp hóa học nói riêng đóng vai trị vơ to lớn vào đà tăng trưởng chung đất nước Ngành cơng nghệ hóa học 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 Kinh tế phát triển, nhu cầu người ngày tăng Do sản phẩm đòi hỏi cao hơn, đa dạng, phong phú theo cơng nghệ sản xuất phải nâng cao Trong cơng nghệ hóa học nói chung việc sử dụng hóa chất có độ tinh khiết cao yếu tố tạo sản phẩm có chất lượng cao Trong cơng nghiệp có nhiều phương pháp chưng cất khác phương pháp chưng cất liên tục sử dụng rộng rãi thường xuyên Nguyên tắc phương pháp dựa vào nhiệt độ bay khác cấu tử hỗn hợp Về thiết bị có nhiều loại khác nhau, tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ mà người ta chọn loại thiết bị phù hợp Chính lý mục đích dự án tính tốn thiết kế hệ thống tháp đĩa chưng luyện liên tục hỗn hợp hai cấu tử Aceton Benzen có suất 50 tấn/ngày, nồng độ khối lượng hỗn hợp đầu 35%, nồng độ sản phẩm đỉnh 96%, nồng độ sản phẩm đáy 7% Nhóm 9: Nguyễn Cảnh Nghị, Lê Tiến Linh, Huỳnh Ngọc Huy LỜI CAM ĐOAN Chúng tơi xin cam đoan tồn nội dung dự án chúng tơi tìm kiếm tài liệu tham khảo trình bày tài liệu trình bày bên thật Khơng có chép từ đồ án khác, tất tham khảo kế thừa trích dẫn tham chiếu đầy đủ Chúng xin chịu trách nhiệm với lời cam đoan Nhóm 9: Nguyễn Cảnh Nghị, Lê Tiến Linh, Huỳnh Ngọc Huy MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM, QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT, BIỆN LUẬN LỰA CHỌN LOẠI THÁP CHƯNG CẤT VÀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ Tổng quan sản phẩm 1.1 Aceton 1.2 Benzen Giới thiệu trình chưng cất, phương pháp chưng cất .11 2.1 Khái niệm chưng cất 11 2.2 Các phương pháp chưng cất .11 Biện luận lựa chọn tháp chưng cất dây chuyền công nghệ 12 3.1 Thiết bị chưng cất .12 3.2 Dây chuyền công nghệ .14 3.3 Quá trình làm việc tháp chưng cất 14 CHƯƠNG II: TÍNH CƠNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH 16 Cân vật liệu 16 1.1 Số liệu ban đầu 16 1.2 Các kí hiệu ban đầu 16 1.3 Tính tốn cân vật liệu 16 1.4 Thành phần pha hỗn hợp cấu tử Aceton – Benzen 18 1.5 Xác định tỷ số hồi lưu số đĩa lí thuyết 20 Cân nhiệt lượng 27 2.1 Cân nhiệt lượng thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu 28 2.2 Cân nhiệt lượng tháp chưng luyện .31 2.3 Cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ đỉnh tháp 34 2.4 Cân nhiệt lượng thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh 35 CHƯƠNG III: TÍNH KẾT CẤU CƠNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH .36 Tính số đĩa thực tế 36 Tính tốn đường kính thiết bị tháp chứng cất 37 Nhóm 9: Nguyễn Cảnh Nghị, Lê Tiến Linh, Huỳnh Ngọc Huy 2.1 Tính tốn đường kính tháp chưng cất .37 2.2 Đường kính đoạn luyện 38 2.3 Đường kính đoạn chưng 42 2.4 Tính tốn chiều cao tháp chưng cất 43 Tính tốn chọn đĩa 43 3.1 Đoạn luyện 43 3.2 Đoạn chưng .44 Trở lực 46 4.1 Trở lực đoạn chưng 46 4.2 Trở lực đoạn luyện .46 Tính tốn khí 48 5.1 Tính chiều dày thân hình trụ hàn, thẳng đứng 48 5.2 Tính đáy tháp nắp thiết bị .50 5.3 Tính bề dày lớp cách nhiệt 51 5.4 Tính đường kính ống dẫn 53 5.5 Chọn mặt bích 56 5.6 Tính khối lượng toàn tháp 59 CHƯƠNG IV: TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ .62 Tính thiết bị đun sơi hỗn hợp đầu 62 Xác định hiệu số nhiệt độ trung bình Dttb nhiệt độ trung bình ttb hỗn hợp đầu.62 Tính lượng nhiệt trao đổi dùng để đun nóng hỗn hợp đầu đến nhiệt đội sơi 63 Tính bề mặt truyền nhiệt 67 Tính số ống truyền nhiệt 67 CHƯƠNG V: TÍNH TỐN VÀ CHỌN BƠM 69 Chọn bơm 69 Tính suất thể tích bơm 71 Tính áp suất tồn phần bơm .72 Tính tốn cơng suất bơm động điện 74 KẾT LUẬN 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 Nhóm 9: Nguyễn Cảnh Nghị, Lê Tiến Linh, Huỳnh Ngọc Huy DANH MỤC CÁC BẢNG BI Bảng 2.1: Bảng cân vật liệu tháp chưng cất 17 Bảng 2.2: Bảng thành phần cân lỏng nhiệt độ sôi hỗn hợp cấu tử Axeton Benzen áp suất 760mmHg (mol) .17 Bảng 2.3: Bảng nội suy tuyến tính hỗn hợp Axeton - Benzen .18 Bảng 2.4: Bảng xác định số hồi lưu thích hợp số đĩa lí thuyết 25 Y Bảng 3.1: Bảng bích liền kiểu thép để nối thiết bị 54 Bảng 3.2: Bảng bích liền kiểu kim loại đen để nối phận thiết bị ống dẫn 54 Bảng 3.3: Thông số chọn chân đỡ 57 Bảng 3.4: Thông số chọn tai treo 57 Nhóm 9: Nguyễn Cảnh Nghị, Lê Tiến Linh, Huỳnh Ngọc Huy DANH MỤC CÁC HÌN Hình 1.1 Các loại tháp đĩa 13 Hình 1.2 Hoạt động tháp đĩa 14 Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ 15 YHình 2.1: Đường cân x-y 18 Hình 2.2: Đường cân T-x-y 18 Hình 2.3: Đồ thị xác định số đĩa lí thuyết hỗn hợp Aceton-Benzen b = 1.3 22 Hình 2.4: Đồ thị xác định số đĩa lí thuyết hỗn hợp Aceton-Benzen b = 1.4 22 Hình 2.5: Đồ thị xác định số đĩa lí thuyết hỗn hợp Aceton-Benzen b = 1.7 23 Hình 2.6: Đồ thị xác định số đĩa lí thuyết hỗn hợp Aceton-Benzen b = 1.9 23 Hình 2.7: Đồ thị xác định số đĩa lí thuyết hỗn hợp Aceton-Benzen b = 2.1 24 Hình 2.8: Đồ thị xác định số đĩa lí thuyết hỗn hợp Aceton-Benzen b = 2.3 24 Hình 2.9: Đồ thị xác định số đĩa lí thuyết hỗn hợp Aceton-Benzen b = 2.5 25 Hình 2.10: Sơ đồ hệ thống tháp chưng cất 26 YHình 3.2: Sơ đồ tháp chưng cất 36 Hình 3.3: Bích liền kiểu thép để nối thiết bị .53 Hình 3.4: Bích liền kiểu kim loại đen để nối phận 55 Nhóm 9: Nguyễn Cảnh Nghị, Lê Tiến Linh, Huỳnh Ngọc Huy CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM, QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT, BIỆN LUẬN LỰA CHỌN LOẠI THÁP CHƯNG CẤT VÀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ Tổng quan sản phẩm 1.1 Aceton 1.1.1 Khái niệm Aceton hợp chất hữu dạng ceton đơn giản nhất, tồn dạng lỏng, không màu, tan tốt nước dễ cháy Aceton dùng để tổng hợp chất hữu có thành phần sơn móng tay dung mơi chủ yếu để làm phịng thí nghiệm Aceton có cơng thức hóa học CH3COCH3 Aceton biết đến loại chất lỏng, ceton khác thường chất rắn Aceton tan vơ hạn nước, cịn ceton khác có độ tan giảm dần mà mạch cacbon tăng Aceton dùng làm dung môi nguyên liệu đầu để tổng hợp số chất hữu 1.1.2 Tính chất vật lý - Khối lượng mol: 58,04 g/mol - Khối lượng riêng: 0,791 g/cm3 - Điểm nóng chảy (°C): -950C đến -930C - Điểm sôi (°C): 56-570C - Nhiệt lượng đốt cháy: 1788,7 kJ/mol - Nhiệt độ giới hạn: 235,50C - Độ Axit (pKa): 19,2 - Độ Bazơ (pKb): -5,2 (với Bazơ liên hợp) - Độ nhớt: 0.3075 cP - Độ hịa tan: Tan vơ hạn nước, hịa tan hầu hết dung mơi hữu ethanol, ether, chloroform, dầu mỡ động vật 1.1.3 Tính chất hóa học Aceton cộng với hydro tạo thành rượu bậc Nhóm 9: Nguyễn Cảnh Nghị, Lê Tiến Linh, Huỳnh Ngọc Huy Aceton cộng với bisunfit tạo kết tủa Aceton bị oxi hóa: Aceton khơng bị oxi hóa dung dịch bạc nitrat amonia đồng hydroxit gặp chất oxi hóa mạnh thuốc tím axit sulfuric, Kali dicromat axit sulfuric bị cắt mạch cacbon cạnh nhóm cacbonyl để tạo axit hữu Aceton tác dụng với amin Phản ứng khử: Điều kiện để phản ứng khử xảy ra, người ta dùng H xúc tác Niken, Platin 1.1.4 Điều chế Aceton sản xuất trực tiếp gián tiếp từ Propen Khoảng 83% Aceton sản xuất thông qua phương pháp cumen - dựa phương pháp mà sản xuất aceton gắn liền với việc sản xuất phenol Phương pháp cumen gồm việc alkyl hóa benzen với propen, từ sinh cumen, ta oxi hóa sinh axeton phenol Ngoài ra, Axeton sản xuất trực phương thức oxi hay hidro hóa propen, từ sinh 2-propanol (isopropanol), tiếp đến oxi isopropanol ta Aceton Aceton sản phẩm phụ trình lên men, nên sản xuất dạng sản phẩm phụ công nghiệp chưng cất 1.2 Benzen 1.2.1 Giới thiệu Benzen chất lỏng, không màu, không tan nước, nhẹ nước, hòa tan nhiều chất như: dầu ăn, nến, cao su, iot Benzen độc Công thức phân tử: C6H6 Nhóm 9: Nguyễn Cảnh Nghị, Lê Tiến Linh, Huỳnh Ngọc Huy 1.2.2 Tính chất vật lý Benzen chất lỏng không màu, dễ cháy nhiệt độ thường Benzen tan nước rượu Có khả cháy tạo khí CO nước, đặc biệt có sinh muội than Khối lượng mol: 78,1121g/mol Khối lượng riêng: 0,8786 g/cm3 Điểm nóng chảy: 5,5°C Điểm sơi: 80,1 °C Độ hòa tan nước: 1,79 g/L (25 °C) Độ nhớt: 0.7528 cP (10 °C) 0.6076 cP (25 °C) 0.4965 cP (40 °C) 0.3075 cP (80 °C) 1.2.3 Tính chất hóa học Phản ứng - Phản ứng với halogen - Phản ứng với axit nitric Nguyên tắc thế: - Các Ankylbenzen dễ tham gia phản ứng nguyên tử H vòng Benzen Benzen ưu tiên vị trí ortho para so với nhóm Ankyl Thế nguyên tử H mạch nhánh: Nhóm 9: Nguyễn Cảnh Nghị, Lê Tiến Linh, Huỳnh Ngọc Huy