CHƯƠNG I : TỔNG QUAN. LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT: 1. Phương pháp chưng cất : Chưng cất là qua trình phân tách hỗn hợp lỏng (hoặc khí lỏng) thành các cấu tử riêng biệt dựa vào sự khác nhau về độ bay hơi của chúng (hay nhiệt độ sôi khác nhau ở cùng áp suất), bằng cách lặp đi lặp lại nhiều lần quá trình bay hơi - ngưng tụ, trong đó vật chất đi từ pha lỏng vào pha hơi hoặc ngược lại. Khác với cô đặc, chưng cất là quá trình trong đó cả dung môi và chất tan đều bay hơi, còn cô đặc là quá trình trong đó chỉ có dung môi 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 hệ cấu tử thì ta thu được 2 sản phẩm: sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm gồm cấu tử có độ bay hơi lớn (nhiệt độ sôi nhỏ ), sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé(nhiệt độ sôi lớn) .Đối với hệ nước – acid acetic sản phẩm đỉnh là nước, sản phẩm đáy chủ yếu gồm acid acetic và một ít nước. Các phương pháp chưng cất: được phân loại theo: Áp suất làm việc : chưng cất áp suất thấp, áp suất thường và áp suất cao. Nguyên tắc của phương pháp này là 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 lý làm việc: liên tục, gián đoạn(chưng đơn giản) và liên tục. * Chưng cất đơn giản(gián đoạn): phương pháp này đuợc sử dụng trong các trường hợp sau: + Khi nhiệt độ sôi của các cấu tử khác xa nhau. + Không đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao. + Tách hỗn hợp lỏng ra khỏi tạp chất không bay hơi.
+ Tách sơ bộ hỗn hợp nhiều cấu tử. * Chưng cất hỗn hợp hai cấu tử (dùng thiết bị hoạt động liên tục) là quá trình được thực hiện liên tục, nghịch dòng, nhều đoạn. Phương pháp cất nhiệt ở đáy tháp: cấp nhiệt trực tiếp bằng hơi nước: thường được áp dụng trường hợp chất được tách không tan trong nước. Vậy: đối với hệ nước – acid acetic, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt gián tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường.
4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Hoàng Minh Nam 2. Thiết bị chưng cất: Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp nhưng chúng đều có một yêu cầu cơ bản là diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn ,điều này phụ thuộc vào độ phân tán của lưu chất này vaò lưu chất kia. Tháp chưng cất rất phong phú về kích cỡ và ứng dụng ,các tháp lớn nhất thường được ứng dụng trong công nghiệp lọc hoá dầu. Kích thước của tháp : đường kính tháp và chiều cao tháp tuỳ thuộc suất lượng pha lỏng, pha khí của tháp và độ tinh khiết của sản phẩm.
Ta khảo sát 2 loại tháp chưng cất 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 để chia thân tháp thành những đoạn bằng nhau, trên mâm pha lỏng và pha hơi đựơc cho tiếp xúc với nhau. Tùy theo cấu tạo của đĩa, ta có: * Tháp mâm chóp : trên mâm bố trí có chép dạng:tròn ,xú bắp ,chữ s… * Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm bố trí các lỗ có đường kính (3-12) mm. Tháp chêm(tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều đoạn nối với nhau bằng mặt bích hay hàn.
Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự. * So sánh ưu và nhược điểm của các loại tháp : Tháp chêm. Tháp mâm xuyên lo. Tháp mâm chóp.
- Hiệu suất tương đối cao. - Hiệu suất cao. - Trở lực thấp. - Hoạt động khá ổn định.
- Hoạt động ổn định. - Làm việc với chất lỏng bẩn. Nhược điểm: - Hiệu suất thấp. - Trở lực khá cao.
- Cấu tạo phức tạp. - Yêu cầu lắp đặt khắt khe - Độ ổn định kém. -> lắp đĩa thật phẳng. - Trở lực lớn.
- Không làm việc với - Thiết bị nặng. chất lỏng bẩn. Nhận xét:ta nhan thay thap chem don giản dẽ sử dụng nhat. Vậy: Chưng cất hệ nước – acid acetic ta dùng tháp mâm xuyên lỗ hoạt động liên tục ở áp suất thường, cấp nhiệt gián tiếp ở đáy tháp, nhập liệu sau khi trao đổi nhiệt với thiet bi gia nhiet nhap lieu,san pham day dược làm nguội để thu sản phẩm chính, sản phẩm đỉnh được dẫn vào nồi đun để tạo hơi nước quá nhiệt cấp nhiệt cho nhập liệu và nồi đun đáy tháp.
GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU : Nguyên liệu là hỗn hợp bezen – acid acetic. NƯỚC: Nước: là chất lỏng không màu, khơng mùi,la dung mơi hoa tan tốt c hợp chất phan cực,năng hơn dung mơi hữu cơ, không hoa tan dung mơi hữu cơ,…nước sôi ở 1000C và đông đặc ở 00C. Acid acetic: 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Hoàng Minh Nam Acid acetic: là một loại acid quan trọng nhất trong các loại acid hữu cơ. Nó rẻ nên được ứng dụng rộng rãi và là hoá chất cơ bản để điều chế nhiều hợp chất quan trọng.
Acid acetic được ứng dụng trong các nghành : + Làm dấm ăn. + Đánh đông mủ cao su + Làm chất dẻo tơ lụa xeluloza acetat. + Làm phim ảnh không nhạy lửa. + Làm chất kết dính polyvinyl acetat.
+ Làm phẩm màu, dược phẩm, nước hoa tổng hợp. Hỗn hợp Nước-Acid acetic: Ta có bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp Nước-Acid acetic 760 mmHg: x(%phân mol) 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 y(%phân mol) 0 9.6 100 y(% ) Ñ o à t h ò x , y c u ûa h e ä B e z e n - A c i d a c e t i c 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 x (% ) 60 70 80 90 100 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Hoàng Minh Nam III. CÔNG NGHỆ CHƯNG CẤT HỆ NƯỚC-ACID ACETIC: * Sơ đồ qui trình công nghệ chưng cất hệ nước-acid acetic: 3 Hôi khoâng ngöng Nöôùc 8 14 15 P T Nöôùc T 9 6 10 Nöôùc 5 7 T Nöôùc 11 Saûn Phaåm Ñænh Hôi Nöôùc P T 12 T 4 Nöôùc Loûn g 13 Saûn Phaåm Ñaùy 2 Nguyeân Lieäu 1 Saûn Phaåm Ñaùy Chú thích : 1. Bồn chứa nguyên liệu.
Bồn cao vị. Tháp chưng cất. Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh. Bộ phận chỉnh dòng.
Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh. Bồn chứa sản phẩm đỉnh. Đun sôi nhập liệu bằng sản phẩm đáy. * Thuyết minh qui trình công nghệ: 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Hoàng Minh Nam Hỗn hợp nước-acid acetic có nồng độ nước 88% ( theo khối lượng) , nhiệt độ khoảng 25 0 C tại bình chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3).
Từ đó được đưa đến thiết bị gia nhiệt (13) ( trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy). Ở đây, hỗn hợp được gia nhiệt đến nhiệt độ 100,17270C. Sau đó, hỗn hợp được đưa vào tháp chưng cất (7) ở đĩa nhập liệu. Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn cất của tháp chảy xuống.
Trong tháp hơi, đi từ dưới lên gặp chất lỏng từ trên xuống. Ở đây, có sự tiếp xúc và trao đổi giữa hai pha với nhau. Pha lỏng chuyển động trong phần chưng càng xuống dưới càng giảm nồng độ các cấu tử dễ bay hơi vì đã bị pha hơi tạo nên từ nồi đun (12) lôi cuốn cấu tử dễ bay hơi. Nhiệt độ càng lên trên càng thấp, nên khi hơi đi qua các đĩa từ dưới lên thì cấu tử có nhiệt độ sôi cao là nước sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp có cấu tử nước chiếm nhiều nhất ( có nồng độ 99,5% theo khối lượng ).
Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ (8) và được ngưng tụ một phần ( chỉ ngưng tụ hồi lưu). Một phần chất lỏng ngưng được đưa qua bồn chứa sản phẩm đỉnh (11). Phần còn lại của chất lỏng ngưng được hồi lưu về tháp ở đĩa trên cùng với tỷ số hoàn lưu tối ưu. Một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp được bốc hơi, còn lại cấu tử có nhiệt độ sôi cao trong chất lỏng ngày càng tăng.
Cuối cùng, ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng gồm hầu hết là cấu tử khó bay hơi ( acid acetic). Hỗn hợp lỏng ở đáy có nồng độ nước là 70% theo khối lượng, còn lại là acid acetic. Dung dịch lỏng ở đáy đi ra khỏi tháp, một phần được đun, bốc hơi ở nồi đun (12) cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc, phần còn lại được đưa qua thiết bị ngưng tụ sản phẩm đáy(10) trao đổi nhiệt với nước lm mt , nhiệt độ của sản phẩm đáy sau khi trao đổi nhiệt là 400C. Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là nước, sản phẩm đáy là acid acetic sau khi trao đổi nhiệt với nươc làm mát được đưa vào bồn chứa.
8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Hoàng Minh Nam CHƯƠNG II : CÂN BẰNG VẬT CHẤT .