1 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐHCN TP.HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc __________________ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN HỌC PHẦN KHOA: CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC BỘ MÔN: MÁY & THIẾT BỊ HỌ VÀ TÊN: Bùi Ngọc Thơ MSSV: 10224731 LỚP: DHHD6B 1. Tên đồ án: Tính toán, thiết kế hệ thống tháp mâm chóp dùng để chưng cất hỗn hợp Cloroform - Cacbontetraclorua 2. Nhiệm vụ đồ án (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu) Năng suất 7500kg/ngày (theo sản phẩm đỉnh) Thành phần phần mol cloroform trong dòng nhập liệu 20% mol Quá trình thu hồi được 90% lượng cloroform trong dòng nhập liệu Sản phẩm đỉnh có thành phần cloroform 90% khối lượng Tổng quan nguyên liệu, quá trình chưng cất Tính toán công nghệ (cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng, điều kiện làm việc….) Xác định kích thước thiết bị. Lựa chọn vật liệu chế tạo, tính bền cho thiết bị (đáy, nắp, mặt bích, thân, chân đỡ, tai treo….) Tính toán, chọn các thiết bị phụ trang bị cho hệ thống (Bơm, bồn cao vị, thiết bị trao đổi nhiệt, nồi đun, hệ thống đường ống….) 2 Vẽ sơ đồ nguyên lý làm việc hệ thống, cấu tạo chi tiết thiết bị chính (bản vẽ A1) Các thông số khác sinh viên tự chọn cho phù hợp 3. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 19/05/2013 4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ:14/07/2013 5. Họ và tên người hướng dẫn: Lê Văn Nhiều Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013 TỔ TRƯỞNG BỘ MÔN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) Trần Hoài Đức Lê Văn Nhiều 3 LỜI CẢM ƠN 4 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Phần đánh giá: • Ý thức thực hiện: • Nội dung thực hiện: • Hình thức trình bày: • Tổng hợp kết quả: Điểm bằng số: Điểm bằng chữ: Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm Giáo viên hướng dẫn 5 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Phần đánh giá: • Ý thức thực hiện: • Nội dung thực hiện: • Hình thức trình bày: • Tổng hợp kết quả: Điểm bằng số: Điểm bằng chữ: Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2010 Giáo viên phản biện 6 MỤC LỤC 7 MỤC LỤC BẢNG BIỂU VÀ BIỂU ĐỒ 8 LỜI MỞ ĐẦU Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển đóng góp to lớn cho nền công nghiệp nước ta nói riêng và thế giới nói chung. Một trong những ngành có đóng góp vô cùng to lớn đó là ngành công nghiệp hoá học, đặc biệt là ngành sản xuất các hoá chất cơ bản. Hiện nay, các ngành công nghiệp cần sử dụng rất nhiều hoá chất có độ tinh khiết cao. Nhu cầu này đặt ra cho các nhà sản xuất hoá chất sử dụng nhiều phương pháp để nâng cao độ tinh khiết của sản phẩm như : trích ly, chưng cất, cô đặc, hấp thu … Tuỳ theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp cho phù hợp. Đối với hệ cloroforme – carbontetraclorua là hệ 2 cấu tử tan lẫn vào nhau, ta chọn phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho cloroforme. Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị là một môn học mang tính tổng hợp trong quá trình học tập của các kỹ sư Công nghệ Hoá học tương lai. Môn học này giúp sinh viên có thể tính toán cụ thể : quy trình công nghệ, kết cấu, giá thành của một thiết bị trong sản xuất hoá chất - thực phẩm. Đây là lần đầu tiên sinh viên được vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết các vấn đề kỹ thuật thực tế một cách tổng hợp. Nhiệm vụ của đồ án là thiết kế tháp mâm chóp để chưng cất hỗn hợp Cloroforme – Carbontetraclorua ở áp suất thường với năng suất theo sản phẩm đỉnh(Cloroforme) 7500 kg/ngày có nổng độ 90% phần khối lượng cloroforme, Thành phần phần mol cloroform trong dòng nhập liệu 20% mol. Quá trình thu hồi được 90% lượng cloroform trong dòng nhập liệu. Sản phẩm đỉnh có thành phần cloroform 90% khối lượng 9 TỒNG QUAN 1. LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT: 1.1. Khái niệm: Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của hỗn hợp lỏng cũng như hỗn hợp khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp (nghĩa là khi ở cùng nhiệt độ, áp suất hơi bão hoà của các cấu tử khác nhau). Thay vì đưa vào trong hỗn hợp một pha mới để tạo nên sự tiếp xúc giữa hai pha như trong quá trình hấp thu hoặc nhả khí, trong quá trình chưng cất pha mới được tạo nên bằng sự bốc hơi hoặc ngưng tụ. Chưng cất và cô đặc khá giống nhau, tuy nhiên sự khác nhau căn bản nhất của 2 quá trình này là trong quá trình chưng cất dung môi và chất tan đều bay hơi (nghĩa là các cấu tử đều hiện diện trong cả hai pha nhưng với tỷ lệ khác nhau), còn trong quá trình cô đặc thì chỉ có dung môi bay hơi còn chất tan không bay hơi. Khi chưng cất ta thu được nhiều cấu tử và thường thì bao nhiêu cấu tử sẽ thu được bấy nhiêu sản phẩm. Nếu xét hệ đơn giản chỉ có 2 cấu tử thì ta sẽ thu được 2 sản phẩm : Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn (nhiệt độ sôi nhỏ) Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi nhỏ (nhiệt độ sôi lớn) Đối với hệ cloroforme – carbontetraclorua. Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cloroforme và một ít carbontetraclorua.Sản phẩm đáy chủ yếu là carbontetraclorua và một ít cloroforme. 1.2. Phương pháp chưng cất : Các phương pháp chưng cất được phân loại theo : 10 − Áp suất làm việc : − Áp suất thấp − Áp suất thường − Áp suất cao Nguyên tắc làm việc : dựa vào nhiệt độ sôi của các cấu tử, nếu nhiệt độ sôi của các cấu tử quá cao thì ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi của các cấu tử. Nguyên lí làm việc : − Chưng một bậc − Chưng lôi cuốn theo hơi nước − Chưng cất: • Cấp nhiệt ở đáy tháp : • Cấp nhiệt trực tiếp • Cấp nhiệt gián tiếp Vậy : Đối với hệ cloroforme – carbontetraclorua , ta chọn phương pháp chưng cất liên tục ở áp suất thường. 1.3. Thiết bị chưng cất : Trong sản xuất, người ta thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để tiến hành chưng cất. Tuy nhiên, yêu cầu cơ bản chung của các thiết bị vẫn giống nhau nghĩa là diện tích tiếp xúc pha phải lớn. Điều này phụ thuộc vào mức độ phân tán của một lưu chất này vào lưu chất kia. Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có [...]... các loại tháp mâm, nếu pha lỏng phân tán vào pha khí ta có tháp chêm, tháp phun, …Ở đây ta khảo sát 2 loại thường dùng là tháp mâm và tháp chêm − Tháp mâm : thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các mâm có cấu tạo khác nhau, trên đó pha lỏng và pha hơi đượ cho tiếp xúc với nhau Tuỳ theo cấu tạo của đĩa, ta có : − Tháp mâm chóp : trên mâm bố trí có chóp dạng tròn, xupap, … − Tháp mâm xun lỗ... CHẤT 1 CÁC THƠNG SỐ BAN DẦU: Chọn loại tháp là tháp mâm chóp Khi chưng luyện hỗn hợp Cloroforme – Carbontetraclorua thì cấu tử dễ bay hơi là Cloroforme Hỗn hợp - Năng suất D= 312,5kg/h (theo sản phẩm đỉnh) - Thành phần phần mol cloroform trong dòng nhập liệu xF= 20% mol - Q trình thu hồi được hS = 90% lượng cloroform trong dòng nhập liệu - Sản phẩm đỉnh có thành phần cloroform = 90% khối lượng - Chọn:... 60 8 QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ Hỗn hợp Cloroforme – Carbontetraclorua có nồng độ Cloroforme là 20% (phần mol), nhiệt độ ngun liệu lúc đầu là 300C tại bình chứa ngun liệu (1), được bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3) Dòng nhập liệu được gia nhiệt tới nhiệt độ sơi trong thiết bị truyền nhiệt ống chùm(4) Sau đó hỗn hợp được đưa vào tháp chưng cất (6) ở đĩa nhập liệu và bắt đầu q trình chưng cất Lưu lượng dòng nhập... ích cung cấp cho đáy tháp TÍNH TỐN THÁP CHƯNG CẤT Dt = 4Vtb g tb = 0,0188 π.3600.ω tb ( ρ y ω y ) tb Trong đó: Vtb: lượng hơi trung bình đi trong tháp m3/h ωtb : tốc độ hơi trung bình đi trong tháp m/s gtb : lượng hơi trung bình đi trong tháp kg/h Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng và đoạn cất khác nhau nên đường kính của đoạn chưng và đoạn cất khác nhau 1 ĐƯỜNG KÍNH ĐOẠN CẤT: 1.1 g tb = Lượng... tròn, xupap, … − Tháp mâm xun lỗ : trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh − Tháp chêm (tháp đệm) : tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với nhau bằng mặt bích hay hàn Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp sau : xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự 12 Bảng 1.1 So sánh ưu nhược điểm của các loại tháp : Tháp chêm Nhược điểm Tháp chóp - Cấu tạo khá đơn giản Ưu điểm Tháp mâm xun lỗ - Trở lực tương đối thấp... định số mâm lý thuyết chưng hệ Cloroforme – Carbontetraclorua tại P= 1atm 4.3 Số mâm lý thuyết: xác định số đĩa lý thuyết: dựng đường làm việc của tháp bao gồm đường làm việc phần cất và phần chưng Trên đồ thị y – x ta lần lượt vẽ các đường bật thang từ đó xác định được số mâm lý thuyết lấy tròn là 23 mân từ đồ thị, ta có 23 mâm bao gồm 5 XÁC ĐỊNH SỐ MÂN THỰC TẾ: có nhiều phương pháp xác định số mâm thực... với tỉ số hồn lưu thích hợp và được kiểm sốt bằng lưu lượng kế( 5) Cuối cùng ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng hầu hết là cấu tử khó bay hơi (Carbontetraclorua) Hỗn hợp lỏng ở đáy có nồng độ Carbontetracloruae là 99% phần khối lượng, còn lại là Cloroformee Dung dịch lỏng ở đáy đi ra khỏi tháp vào nồi đun (10) Trong nồi đun dung dịch lỏng một phần sẽ bốc hơi cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc,... Thiết bị khá nặng nề Vậy :qua phân tích trên ta sử dụng tháp mâm chóp để chưng cất hệ cloroforme – carbontetraclorua 2 GIỚI THIỆU VỀ NGUN LIỆU: 2.1 Cloroforme: Clorofom, hay còn gọi là tricloromêtan và mêtyl triclorua, và một hợp chất hố học thuộc nhóm trihalomêtan có cơng thức CHCl3 Nó khơng cháy trong khơng khí, trừ khi tạo thành hỗn hợp với các chất dễ bắt cháy hơn Người ta sử 13 dụng clorofom làm... đoạn cất rd :ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra ở đỉnh tháp Tính r1: t1=tF = 730C, tra bảng I.212, tr 254 [1] ta có: Ẩn nhiệt hóa hơi của Cloroforme : rCloroforme = 242,3 KJ/kg Ẩn nhiệt hóa hơi của Carbontetraclorua : rCarbontetraclorua =196,6 KJ/kg Suy ra : r1 = rCHCl3.y1 + (1-y1).rCCl4 = 45,7y1+ 196,6 Tính rd: td =620C, tra bảng I.212 trang 254 [1] ta có: Ẩn nhiệt hóa hơi của Cloroforme : rCloroforme... định số mâm thực của tháp, ngoại trừ các ảnh hưởng của thiết kế cơ khí tháp thì ta có thể xác định số mâm thực dựa vào hiệu suất trung bình: Nt = Nlt/ηtb Trong đó: Nt – số đĩa thực tế, N lt - số đĩa lý thuyết, ηtb – hiệu suất trung bình của thiết bị ηtb = n1 + n2 + n3 + + nn n Trong đó ni - hiệu suất của các bậc thay đổi nồng độ, n - số vị trí tính hiệu suất Trong trường hợp này ta tính ηtb = n D + n . NGHỆ HOÁ HỌC BỘ MÔN: MÁY & THIẾT BỊ HỌ VÀ TÊN: Bùi Ngọc Thơ MSSV: 10224731 LỚP: DHHD6B 1. Tên đồ án: Tính toán, thiết kế hệ thống tháp mâm chóp dùng để chưng cất hỗn hợp Cloroform - Cacbontetraclorua 2 được vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết các vấn đề kỹ thuật thực tế một cách tổng hợp. Nhiệm vụ của đồ án là thiết kế tháp mâm chóp để chưng cất hỗn hợp Cloroforme – Carbontetraclorua ở. công nghệ 18 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 1. CÁC THÔNG SỐ BAN DẦU: Chọn loại tháp là tháp mâm chóp. Khi chưng luyện hỗn hợp Cloroforme – Carbontetraclorua thì cấu tử dễ bay hơi là Cloroforme. Hỗn hợp - Năng