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 hóa học, đặc biệt là ngành sản xuất hóa chất cơ bản. Hiện nay, các ngành công nghiệp cần sử dụng rất nhiều hóa chất có độ tỉnh khiết cao. Nhu cầu này đặt ra cho nhà sản xuất hóa chất sử dụng nhiều phương pháp để nâng cao độ tỉnh khiết cho sản phẩm như: trích ly, chưng cất, cô đặc, hấp thu,.
Tùy theo đặc tính của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp phù hợp. Đối với hệ Benzen - Toluen là hệ hai 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 hóa học tương lai. Môn học này giúp sinh viên có thể tính toán cụ thể: qui trình công nghệ, kết cấu, giá thành của một thiết bị trong sản xuất hóa chất - thực phẩm.
Đây là lần đầu tiên sinh viên được tận dụng kiến thức giải quyết các vấn đề về kỹ thuật thực tế một cách tổng hợp. Nhiệm vụ của đồ án là thiết kế tháp mâm chóp để chưng cất hỗn hợp Benzen - Toluen ở áp suất thường với sản phẩm đỉnh (Benzen) có nồng độ 9tí% phần khối lượng Benzen, nồng độ sản phẩm đáy là 95% phần mol Toluen, nồng độ nhập liệu là 3ti% phần khối lượng Benzen, nhập liệu ở trạng thái lỏng sôi. Mục lụ Tài liệu ThAM KNa0. cc ceeseseccsssecssssecceeeeeceesesssseesescesecssseeceseeeecseeeeesseeseageaeeees 1 47199) icuriio)icle 0Š aa.
1 IL LÝ THUYẾT CHƯNG CẤTT. Phương pháp chưng cất.- -- ¿(c1 ng Hư 1 II Thi€t bi CHUNG Cat. 2 IL GIỚI THIỆU VÉ NGUYÊN LIỆU. Hỗn hợp Benzen - TolUen.-- ¿s55 xe krrkexrree 4 CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHẸ,.
111212111 111101101101 10 01 ray 5 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH. 6-56 SE kEEEExrekgrrsrkreerxee 6 II.ÒỎ ó IL SỐ MÂM LÝ THUYÊT. ĐƯỜNG KÍNH THÁP. CHIEU CAO THA.
TÍNH TOÁN CƠ KHÍ.- 5-55 25Sc re crxeExrkerrrrreerrrrrrrrereee 23 VII. TÍNH CÁC CHI TIẾT ÔNG DẪN. TÍNH BÍCH VÀ ĐỆM ĐỀ NÓI VÀ BÍT KÍN THIẾT BỊ. TAT TREO VA CHAN ĐỠ.s-ceccct+ che 28 XI.
CAN BANG NANG LU ONG. es cssessesssssssscsseessecesseesecsseescessseseesecsseaeeeess 29 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ I. THIẾT BỊ TRAO ĐỎI NHIỆT. _ Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh.-- c5 cccccccsx Tài liệu tham khảo [1] GS, TS Nguyén Bin;PGS, TS Đỗ Văn Đài;KS Long Thanh Hùng;TS Đỉnh Văn Huỳnh; TS.
Trần Xoa;PGS, TS Nguyễn Trọng Khuông; KS Hồ Lệ Viên; TS Phan Văn Thơm; TS Phạm Xuân Toản.Sổ tay QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HOÁ CHẤT TẬP 1. Nơi xuất bản: Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội. [2] GS, TS Nguyễn Bin;PG5S, TS Đỗ Văn Đài;KS Long Thanh Hùng;TS Dinh Van Huynh; TS. Trần Xoa;PGS, TS Nguyễn Trọng Khuông; KS Hồ Lệ Viên; TS Phan Văn Thơm; TS Phạm Xuân Toản.Sổ tay QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HOÁ CHẤT TẬP 2.
Nơi xuất bản: Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội. [3] KS Hồ Lệ Viên. Tính toán, thiết kế các chỉ tiết thiết bị hoá chất và dầu khí. Nơi xuất bản: Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội.
CHUONG 1: TONG QUAN LLY THUYET CHUNG CAT 1. Khai niém Chung cat la qua trinh dung dé tách các cầu tử của hỗn hợp lỏng cũng như hỗn hợp khí lỏng thành các cầu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơn khác nhau của các cầu tử trong hỗn hợp (nghĩa là khi ở cùng nhiệt độ, áp suất hơi bão hòa của các cầu tử khác nhau). Thay vì đưa vào trong hỗn hợp một pha mới đề 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 hai quá trình này là trong quả trình chưng cât dụng môi và chat tan deu bay hơi (nghĩa là các cầu tử đều hiện diện trong hai pha nhưng với tý 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 cầu tử sẽ thu được bay nhiêu sản phâm. Nếu xét hệ đơn giản chỉ có hai cầu tử thì ta sẽ thu được hai sản phâm: Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm các cầu tử có độ bay hơi lớn (nhiệt độ sôi nhỏ) Sản phẩm đáy chủ yếu gồm các cầu tử có độ bay hơi nhỏ (nhiệt độ sôi lớn) Đối với hệ Benzen - Toluen Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm Benzen và một ít Toluen Sản phẩm đáy chủ yếu gồm Toluen và một ít Benzen 1. Phương pháp chưng cất Trong thực tế sử dụng các phương pháp chưng cất sau đây: - Chung cat don gian: Dùng đề tách các hỗn hợp gồm các cấu tử có độ bay hơi rất khác nhau. Phương pháp này thường dùng đề tách các sơ bộ hoặc làm sạch các cầu tử khỏi tạp chất.
- _ Chưng cất bằng hơi nước trực tiếp: Dùng đề tách các hỗn hợp gồm các chất khó bay hơi và tạp chất không bay hơi, thường được ứng dụng trong trường hợp chất được tách không tan vào nước. - Chung cat: Chưng cắt là phương pháp phô biến nhất dùng đề tách hoàn toản hỗn hợp các cầu tử dé bay hơi có tính chất hòa tan một phan hoặc hòa tan hoàn toàn vào nhau. Ngoài ra trong trường hợp các cầu tử của hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao hoặc hôn hợp có nhiệt độ sôi quả cao chưng cât được thực hiện ở áp suât thập. Nêu các cầu tử của hôn hợp không hóa lỏng ở áp suât thường, chưng cât được thực hiện ở áp suât cao.
Đối với hệ Benzen - Toluen, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục ở áp suất thường. Thiét bi chưng cất Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để thực hiện quá trình chung cat - hap thu. Tuy nhiên, yêu cầu cơ bản chung cho các thiết bị vẫn giống nhau, nghĩa là diện tích bề mặt 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 hai loại thường dùng là tháp mâm và tháp chêm.
Tháp mâm: gồm thân tháp hình trụ thắng đứng trong có gắn các mâm có cầu tạo khác nhau trên đó pha lõng và pha hơi được cho tiếp xúc với nhau. Chất lỏng di vào › tháp Ở đỉnh hoặc tại một mâm thích hợp nào đó và chảy xuống do trọng lực qua mỗi mâm bằng ống chảy chuyên, Pha hơi hoặc pha khí đi từ dưới lên qua mỗi mâm bằng các khe hở trên mâm do câu tạo khác nhau của mâm tạo nên. Quá trình chung của cả tháp được xem như là tiếp xúc pha nghịch dòng mặc dù trên mỗi mâm hai pha tiếp xúc giao dòng. Tháp mâm chóp: trên mâm có gắn chóp và ống chảy chuyên, ống chảy chuyên có thê có tiết diện hình tròn, viên phân, một ống hay nhiều ống tùy suất lượng pha lỏng.
Chóp có thê có hình tròn hay một dạng khác. Ở chóp có rãnh xung quanh đề pha khí đi qua, rảnh chóp có thê hình chữ nhật, tam giác hay hình tròn. Tháp mâm xuyên lỗ: Trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh, mâm phải thật ngang bằng khi lắp vào tháp, ít dùng mâm xuyên lỗ vì khi đó chất lỏng phân phối không đều trên mâm. Trong tháp mâm xuyên lỗ pha khí đi từ dưới lên qua các 16 trên mâm và phân tán vào lớp chất lỏng chuyền động từ trên xuống theo các ống chảy chuyền.
Ông chảy chuyền ở đây cũng được bồ trí như ở tháp mâm chóp. Tháp chêm (tháp đệm): Là tháp hình trụ gồm nhiều bậc nối với nhau bằng mặt bích hay hàn. Vật chêm được đồ đây trong tháp theo một trong hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự. Vật chêm sử dụng gôm có nhiêu loại khác nhau, phô biên nhật là một số loại vật chêm sau: vòng Raschig, vật chêm hình yên ngựa, vật chêm vòng xoắn,.
So sánh ưu, nhược điềm của các loại tháp Tháp chêm Tháp mâm xuyên lỗ Tháp chóp Ưu - Cầu tạo đơn giản. - Tro lực tương đối | - Khá ôn định. - Trở lực thấp. - Hiệu suất cao.
- Hiệu suất khá cao. - Làm việc được với chất - Ít tiêu hao năng lỏng bản nếu dùng đệm cầu | - Chế tạo đơn giản. lượng hơn nên có có p # p của chat long. - Vệ sinh dễ dàng.
Nhược |- Do có hiệu ứng thành — | Yéu cầu lắp đặt cao, | - Có trở lực lớn. điểm hiệu suất truyền khối thấp. mâm lắp phải rất phẳng, đối với những - Chế tạo phức - Độ ôn định không cao, khó tháp có đường kính tạp. quá lớn ít dùng mâm xuyên lỗ vì chất lỏng - Tiêu tốn nhiều - Thiết bị khá nặng nề.
khó phân phối đều vật tư, kết câu trên mâm. - Sử dụng tháp chêm không cho phép kiểm soát quá trình chưng cất theo không gian tháp. GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU 1. Benzen & Toluen Benzen là mộthợp chất hóa học hữu cơcócông thức phân tir CoH.
Phan tử benzen bao gồm sáu nguyên tử cacbon liên kết với nhau thành một vòng lục giác phẳng với một nguyên tử hydro gắn vào mỗi vòng. Vì chỉ chứa các nguyên tử cacbon và hydro nên benzen được phân loại là hydrocacbon. Benzen là thành phân tự nhiên của dầu mỏ và là một trong những chất hóa dầu cơ bản. Do các liên kết pi liên tục theo chu ky giữa các nguyên tử carbon.
benzen được phân loại là hydrocacbon thơm. Benzen là chất lỏng không màu, rat dé cháy, có mùi ngọt và một phần tạo ra mùi thơm của xăng. Nó được sử dụng chủ yếu như là tiền chat dé san xuat cac hóa chất có câu trúc phức tạp hơn, chẳng hạn như ethylbenzen và cumen, trong đó hàng tỷ kg được sản xuất hàng năm. Mặc du benzen là một hóa chất công nghiệp chính nhưng nó được sử dụng hạn chế trong các mặt hàng tiêu dùng vì tính độc hại của nó.
Benzen là một hợp chất hữu cơ để bay hơi. Benzen được phân loại là chất gây ung thư. Các tính chất vật lí của Benzen: Khối lượng phân tử: 78,114 g-mol 7 Tỉ trong: 0,8765(20) g/cm?
