TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC ĐỐ ÁN MÔN HỌC TÊN ĐỀ TÀI Tính toán và thiết kế hệ thống thiết bị chưng cất làm việc liên tục (mâm xuyên lỗ), dùng để chưng cất hỗn hợp lỏng Benzen-Toluen Giảng viên hướng dẫn: ThS. TRƯƠNG VĂN MINH Sinh viên thực hiện: LÊ MINH VƯƠNG MSSV: 11031311 Lớp: DHHD7 Năm học: 2013 -2014 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC ĐỒ ÁN MÔN HỌC TÊN ĐỀ TÀI Tính toán và thiết kế hệ thống thiết bị chưng cất làm việc liên tục (mâm xuyên lỗ), dùng để chưng cất hỗn hợp lỏng Benzen-Toluen Giảng viên hướng dẫn: ThS. TRƯƠNG VĂN MINH Sinh viên thực hiện: LÊ MINH VƯƠNG MSSV: 11031311 Lớp: DHHD7 Năm học: 2013 -2014 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2014 ĐỂ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN 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 2014 Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi họ và tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2014 Giáo viên phản biện (Ký ghi họ và tên) MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH ẢNH LỜI MỞ ĐẦU Ngành công nghệ hóa học là một trong những ngành có vai trò đóng góp to lớn vào sự phát triển của khoa học kỹ thuật. Từ đó, góp phần vào sự phát triển kinh tế - xã hội, nâng cao đời sống của con người, giải quyết các vấn đề năng lượng và môi trường. Song song với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, 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 phải sử dụng nhiều phương pháp để nâng cao độ tinh khiết của sản phẩm. Tuỳ theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp cho phù hợp. Một trong những phương pháp được sử dụng phổ biến hiện nay đó là chưng cất. Đối với hệ benzen – toluen là hệ 2 cấu tử tan lẫn vào nhau, ta chọn phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho benzen 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 tính toán và thiết kế hệ thống thiết bị chưng cất làm việc liên tục (mâm xuyên lỗ), dùng để chưng cất hỗn hợp lỏng Benzen-Toluen với năng suất theo sản phẩm đỉnh (Benzene) là 1600 kg/h có nồng độ 9% phần khối lượng Toluen, nồng độ sản phẩm đáy là 89% khối lượng Toluene, nồng độ nhập liệu là 68% mol Toluen, nhập liệu ở trạng thái lỏng sôi. 9 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI – QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT 1.1. Lý thuyết về chưng cất 1.1.1. Khái niệm cơ bản Chưng là phương pháp tách hỗn hợp chất lỏng (cũng như các hỗn hợp khí đã hóa lỏng) thành những cấu tử riêng biệt, dựa trên độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp. Chưng khác với cô đặc: trong quá trình chưng, các cấu tử đều bay hơi, còn trong cô đặc chỉ có dung môi bay hơi mà chất tan không bay hơi. Quá trình chưng bắt đầu với việc sản xuất rượu từ thế kỷ XI. Ngày nay được ứng dụng rộng rãi để tách các hỗn hợp: Dầu mỏ, tài nguyên được khai thác ở dạng lỏng, 3 tỷ tấn/năm. Không khí hóa lỏng được chưng cất ở nhiệt độ - 190 o C để sản xuất oxy và nitơ. Quá trình tổng hợp hữu cơ thường cho sản phẩm ở dạng hỗn hợp lỏng. Ví dụ như sản xuất metanol, etylen, propylen, butadien. Công nghệ sinh học thường cho sản phẩm là hỗn hợp lỏng như etylic – nước từ quá trình lên men. 10 [...]... tháp mâm và tháp chêm 12 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 được cho tiếp xúc với nhau Tùy theo cấu tạo của đĩa, ta có: Tháp mâm chóp: trên mâm bố trí tháp dạng tròn, xupap,… Ưu điểm: khá ổn định, hiệu suất cao Nhược điểm: có trở lực lớn, tiêu tốn nhiều vật liệu, kết cấu phức tạp Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm có nhiều lỗ. .. số mâm thực của tháp chưng cất h – là khoảng cách giữa các mâm, phụ thuộc vào nhiều yếu tố, cho trong sổ tay Ta có Dt=1000 mm và tháp làm bằng vật liệu thép nên ta chọn h = 300 mm mà NTT = 20 mâm để dự trữ ta lấy NTT= 24 mâm 4.3 Tính thủy lực của mâm 4.3.1 Cấu tạo mâm lỗ Chọn tháp mâm xuyên lỗ có ống chảy chuyền với: − Tổng tiết diện của lỗ (tiết diện tự do) bằng 8% tổng tiết diện mâm − Đường kính lỗ: ... Diện tích của 2 bán nguyệt dành cho ống chảy chuyền bằng 20% tổng diện tích mâm − Lỗ bố trí đều trong mâm − Khoảng cách giữa 2 tâm lỗ bằng 7mm − Tỷ lệ bề dày mâm và đường kính lỗ 6:10 − Mâm được làm bằng thép hợp kim X18H10T Số lỗ trên 1 mâm: 0.0862500 = 5000 35 Ta tính trở lực thủy lực của mâm trong phần cất và phần chưng của tháp theo công thức: 4.3.2 Kích thướt ống chảy chuyền Chọn số ống chảy chuyền:... nhập liệu − Kết quả E=0.51 (tra đồ thị tài liệu tham khảo [1]) Vậy số mâm thực tế là: Ntt mâm Trong đó phần cất của tháp 12 mâm, phần chưng của tháp 8 mâm 3.2 Cân bằng năng lượng 3.2.1 Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh  Xác định lượng nhiệt trao đổi ở thiết bị ngưng tụ hoàn lưu theo công thức: Với : Suất lượng sản phẩm đỉnh (kg/s) : nhiệt lượng riêng của hơi trong thiết bị ngưng... tháp : Vậy : đường kính đoạn cất : Kết luận: Hai đường kính đoạn cất và đoạn chưng không chênh lệch nhau quá lớn nên theo qui chuẩn ta chọn đường kính của toàn tháp là: Dt = 1000 (mm) Khi đó tốc độ làm việc thực ở : + Phần cất : ωlv = (m/s) + Phần chưng :ω’lv = (m/s) 4.2 Tính chiều cao của tháp theo số bậc thay đổi nồng độ 34 Chiều cao của tháp mâm (đĩa) để chưng cất (khoảng cách giữa mâm đỉnh và mâm. .. 1.1.3 Thiết bị chưng cất Trong sản suất, 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 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. .. D(0.923;0.923) và kết thúc ở điểm W(0.127;0.127) Số bậc thang trên đồ thị ứng với số mâm lý thuyết cần tìm Hình 3 2: Xác định số mâm lý thuyết Từ đồ thị ta có 10 bậc thang số mâm lý thuyết Nlt=10 Trong đó phần cất của tháp 6 mâm, phần chưng của tháp 4 mâm 3.1.5 Xác định số mâm thực tế  Thành phần cân bằng pha cho hỗn hợp Benzen- Toluen (tuân theo định luật Raoult): Theo định luật Dalton, ta có , từ... 0  Xác định số mâm thực tế: Trong các phép tính gần đúng, phương pháp đơn giản nhất để xác định số mâm thực là sử dụng hiệu suất đồ thị tổng quát (hiệu suất tháp) E: − Hiệu suất E là một hàm số của độ bay hơi tương đối của các hỗn hợp thực và độ nhớt của chất lỏng : E =  Xác nhiệt độ trung bình trong tháp Nồng độ trung bình của pha lỏng là: − Phần cất của tháp: − Phần chưng của tháp: Ta tìm nồng... (kJ/kg) x1 = F = 0.285 Giải hệ (III.1), ta được : G1 =4558.79 (kg/h) y1 = 0.447 (phần khối lượng benzen) g1 = 6158.79(kg/h) Vậy : gtb = (kg/h)  Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp : 30 Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp với mâm xuyên lỗ có ống chảy chuyền : ω gh = 0,05 ρ xtb ρ ytb xtb : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng (kg/m3) ytb : khối lượng riêng trung bình của pha hơi (kg/m3) − Xác định... 63.19(kmol/h) Giải hệ (III.2) , ta được : x’1 = 0.172 (phần khối lượng benzen) G’1 = 11977.649 (kg/h) g’1 = 6275.659(kg/h) Vậy: g’tb = (kg/h)  Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp : Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp với mâm xuyên lỗ có ống chảy chuyền : ω ' gh = 0,05 ρ ' xtb ρ ' ytb Với : 'xtb : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng (Kg/m 3) 'ytb : khối lượng riêng trung bình của pha hơi (Kg/m . 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. 12 Tháp mâm: thân tháp hình trụ, thẳng. liệu, kết cấu phức tạp Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh Ưu điểm: trở lực tương đối thấp, hiệu suất cao. Nhược điểm: không làm việc được với chất lỏng bẩn, kết cấu khá phức tạp. Tháp. thực tế một cách tổng hợp. Nhiệm vụ của đồ án là tính toán và thiết kế hệ thống thiết bị chưng cất làm việc liên tục (mâm xuyên lỗ) , dùng để chưng cất hỗn hợp lỏng Benzen-Toluen với năng suất theo