Mở đầu: Giới thiệu tóm tắt mục đích đề tài, phƣơng pháp công nghệ đƣợc giao thiết kế, tính chất sản phẩm và ứng dụng - Phần 2: Sơ đồ, mô tả dây chuyền công nghệ - Phần 3: Phƣơng pháp và các kết quả tính thiết bị chính với các nội dung chính: Tính cân bằng vật liệu, xác định các thông số của tháp (đƣờng kính, chiều cao, trở lực, .), tính cân bằng nhiệt lƣợng, tính toán cơ khí - Phần 4: Tính toán các thiết bị phụ: thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu, bơm, thiết bị ngƣng tụ hồi lƣu sản phẩm đỉnh. SVTH: Nguyễn Minh Đạt - MSSV: 20150846 Trang - 8 - Đồ án Quá trình-Thiết bị trong CNHH-TP GVHD: GS.Nguyễn Hữu Tùng PHẦN 2. Sơ đồ công nghệ, chú thích: STT Kí hiệu Tên thiết bị 1 E-1 Tháp chƣng luyện 2 T-1 Thùng chứa hỗn hợp đầu 3 T-2 Thùng chứa sản phẩm đáy 4 T-3 Thùng chứa sản phẩm đỉnh 5 H-1 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 6 H-2 Thiết bị gia nhiệt ở đáy tháp 7 C-1 Thiết bị làm lạnh sản phẩm đáy 8 C-2 Thiết bị ngƣng tụ hồi lƣu sản phẩm đỉnh 9 C-3 Thiết bị làm lạnh sản phẩm đáy 10 R-1 Cơ cấu hồi lƣu sản phẩm đỉnh 11 R-2 Cơ cấu hồi lƣu hơi ở đáy tháp 12 P-1 Bơm 13 P-2 Bơm dự phòng 14 X-1 Thiết bị tháo nƣớc ngƣng sau thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 15 X-2 Thiết bị tháo nƣớc ngƣng sau thiết bị gia nhiệt ở đáy tháp 16 F-1 Lƣu lƣợng kế đo lƣu lƣợng hỗn hợp đầu 17 F-2 Lƣu lƣợng kế đo lƣu lƣợng sản phẩm đỉnh 18. Hệ thống van V-1; V-2;.
Thuyết minh sơ đồ công nghệ Dung dịch đầu từ thùng chứa hỗn hợp đầu T-1 đƣợc bơm P-1 bơm liên tục đƣa vào thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu H-1 qua van V-2 và lƣu lƣợng kế F-1. Bơm P-2 đƣợc lắp song song dự phòng trƣờng hợp bơm P-1 bị hỏng hóc. Tại thiết bị gia nhiệt H-1, dung dịch đƣợc đun nóng đến nhiệt độ sôi tF thì đƣợc đƣa vào tháp chƣng luyện E-1 tại vị trí đĩa tiếp liệu. Trong tháp chƣng luyện E-1, hơi đi từ dƣới lên gặp chất lỏng đi từ trên xuống, nồng độ các cấu tử thay đổi theo chiều cao của tháp, nhiệt độ sôi cũng thay đổi tƣơng ứng với sự thay đổi của nồng độ.
Cụ thể trên một đĩa chóp của tháp, chất lỏng có nồng độ của cấu tử dễ bay hơi là x1, hơi bốc lên có nồng độ y1, trong đó y1>x1. Hơi này qua SVTH: Nguyễn Minh Đạt - MSSV: 20150846 Trang - 9 - Đồ án Quá trình-Thiết bị trong CNHH-TP GVHD: GS.Nguyễn Hữu Tùng ống hơi đi lên đĩa trên, qua khe chóp, sục vào (tiếp xúc pha) với lỏng trên đó. Nhiệt độ của chất lỏng trên đĩa 2 thấp hơn đĩa 1, nên một phần hơi đƣợc ngƣng tụ lại, do đó nồng độ cấu tử dễ bay hơi trên đĩa này là x2>x1. Hơi bốc lên từ đĩa 2 có nồng độ cấu tử dễ bay hơi là y2>x2 đi lên đĩa 3, nhiệt độ của lỏng trên đĩa 3 thấp hơn đĩa 2, nên hơi đƣợc ngƣng tụ một phần và chất lỏng trên đĩa 3 có nồng độ x3>x2.
Trên mỗi đĩa xảy ra quá trình truyền chất giữa pha lỏng và pha hơi, quá trình bốc hơi và ngƣng tụ một phần lặp lại nhiều lần, cuối cùng trên đỉnh tháp thu đƣợc sản phẩm đỉnh có nồng độ cấu tử dễ bay hơi cao và dƣới đáy tháp thu đƣợc sản phẩm đáy có nồng độ cấu tử khó bay hơi cao. Lỏng dƣới đáy giàu cấu tử khó bay hơi qua cơ cấu hồi lƣu đáy tháp R-1, một phần sẽ đƣợc đƣa ra khỏi thiết bị và làm lạnh ở thiết bị làm lạnh C-1, khi đạt đến nhiệt độ cần thiết sẽ đƣợc đƣa vào thùng chứa sản phẩm đáy T-2. Một phần sản phẩm đáy sẽ đƣợc qua thiết bị gia nhiệt ở đáy tháp H-2 để hồi lƣu hơi trở về tháp. Hơi trên đỉnh tháp giàu cấu tử dễ bay hơi đi vào thiết bị ngƣng tụ hồi lƣu C-2, ở đây nó đƣợc ngƣng tụ lại.
Qua cơ cấu hồi lƣu R-2, một phần chất lỏng hồi lƣu về tháp ở đĩa trên cùng, một phần khác đi qua thiết bị làm lạnh C-3 để làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết rồi đi vào thùng chứa sản phầm đỉnh T-3. Nhƣ vậy với thiết bị làm việc liên tục thì hỗn hợp đầu đƣợc đƣa vào liên tục và sản phẩm cũng đƣợc tháo ra liên tục. SVTH: Nguyễn Minh Đạt - MSSV: 20150846 Trang - 10 - Đồ án Quá trình-Thiết bị trong CNHH-TP GVHD: GS.Nguyễn Hữu Tùng SVTH: Nguyễn Minh Đạt - MSSV: 20150846 Trang - 11 - Đồ án Quá trình-Thiết bị trong CNHH-TP GVHD: GS.Nguyễn Hữu Tùng PHẦN 3. BẢN KÊ CÁC KÍ HIỆU VÀ ĐẠI LƢỢNG 3.
Các kí hiệu và đại lƣợng Kí hiệu Tên gọi Đơn vị x Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng phần mol y Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi phần mol y* Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi phần mol cân bằng với pha lỏng a Nồng độ cấu tử dễ bay hơi phần khối lƣợng F Lƣu lƣợng hỗn hợp đầu kg/h, kg/s P Lƣu lƣợng sản phẩm đỉnh kg/h, kg/s W Lƣu lƣợng sản phẩm đáy kg/h, kg/s GF Lƣu lƣợng hỗn hợp đầu kmol/h, kmol/s GP Lƣu lƣợng sản phẩm đỉnh kmol/h, kmol/s GW Lƣu lƣợng sản phẩm đáy kmol/h, kmol/s 0 0 t Nhiệt độ sôi C R Chỉ số hồi lƣu α Hệ số bay hơi tƣơng đối NLT Số đĩa lí thuyết NTT Số đĩa thực tế D Đƣờng kính tháp chƣng luyện m H Chiều cao tháp chƣng luyện m M Khối lƣợng mol kg/kmol r Ẩn nhiệt hóa hơi, ẩn nhiệt ngƣng tụ kcal/kmol ρ Khối lƣợng riêng kg/m3 ω Tốc độ lỏng hoặc hơi m/s ζ Sức căng bề mặt dyn/cm; N/m μ Độ nhớt N.s/m2; cP ΔP Trở lực của tháp chƣng luyện N/m2 ξ Hệ số trở lực Q Nhiệt lƣợng J/h; kJ/h; J/s; kJ/s λ Hàm nhiệt (nhiệt lƣợng riêng) J/kg C Nhiệt dung riêng J/kg.độ p Áp suất N/m2, at SVTH: Nguyễn Minh Đạt - MSSV: 20150846 Trang - 12 - Đồ án Quá trình-Thiết bị trong CNHH-TP GVHD: GS.Nguyễn Hữu Tùng 3. Các chỉ số dƣới Kí hiệu Tên gọi CS2 CS2, cấu tử dễ bay hơi hơn CCl4 CCl4, cấu tử khó bay hơi hơn A Của (thuộc về) A, cấu tử dễ bay hơi hơn B Của (thuộc về) B, cấu tử khó bay hơi hơn F Hỗn hợp đầu P Sản phẩm đỉnh W Sản phẩm đáy L Dòng lỏng G Dòng khí/hơi dc Đoạn chƣng dl Đoạn luyện x Thuộc về pha lỏng y Thuộc về pha hơi 1 Vị trí 1/ đĩa thứ nhất 2 Vị trí 2/ đĩa thứ hai k Vị trí k/ đĩa thứ k k–1 Vị trí k – 1/ đĩa thứ k – 1 n Vị trí n/ đĩa thứ n tb Giá trị trung bình min Giá trị nhỏ nhất max Giá trị cực đại bh Hơi nƣớc bão hòa Các đại lƣợng, kí hiệu khác hoặc bị trùng sẽ đƣợc kí hiệu riêng ở từng phần. SVTH: Nguyễn Minh Đạt - MSSV: 20150846 Trang - 13 - Đồ án Quá trình-Thiết bị trong CNHH-TP GVHD: GS.Nguyễn Hữu Tùng PHẦN 4. TÍNH TOÁN KỸ THUẬT THIẾT BỊ CHÍNH 4.
Tính cân bằng vật liệu 4. Chuyển đổi nồng độ Công thức đổi nồng độ % khối lƣợng sang nồng độ phần mol aA MA xA [2 – 126, Bảng VIII.I] aA aB MA MB Nồng độ mol của CS2 trong pha lỏng của hỗn hợp đầu a CS2 37 M CS2 54,3 % mol = 0,543 (phần mol) 76,13 xF a CS2 a CCl4 37 100 37 M CS2 M CCl4 76,13 153,84 Nồng độ mol của CS2 trong pha lỏng của hỗn hợp sản phẩm đỉnh a CS2 97,5 M CS2 76,13 xP 98,7(% mol) 0,987 (phần mol) a CS2 a CCl4 97.5 M CS2 M CCl4 76,13 153,84 Nồng độ mol của CS2 trong pha lỏng của hỗn hợp sản phẩm đáy a CS2 0,5 M CS2 76,13 xW 1(% mol) 0,010 (phần mol) a CS2 a CCl4 0,5 100 0,5 M CS2 M CCl4 76,13 153,84 4. Xác định chỉ số hồi lƣu Rth 4. Biểu diễn đƣờng cân bằng pha lỏng – hơi a) Bảng thành phần cân bằng pha lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi hỗn hợp hai cấu tử ở 760 mmHg (% mol) [2 – 149, Bảng IX.] x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Hỗn hợp y* 0 13,2 24,0 42,3 54,4 64,5 72,6 79,1 84,8 90,1 95,0 100 CS2 - CCl4 t, °C 76,7 73,7 71,0 66,0 62,3 59,0 56,1 53,7 51,6 49,6 47,9 46,3 Bảng 4.Bảng thành phần cân bằng pha lỏng–hơi và nhiệt độ sôi hỗn hợp CS2–CCl4 Hệ hai cấu tử CS2 – CCl4 trên đƣờng cân bằng pha lỏng hơi không có điểm đẳng phí.
Nên chỉ cần sử dụng riêng phƣơng pháp chƣng luyện cũng có thể tách thu đƣợc 2 cấu tử tinh khiết riêng biệt. SVTH: Nguyễn Minh Đạt - MSSV: 20150846 Trang - 14 - Đồ án Quá trình-Thiết bị trong CNHH-TP GVHD: GS.Nguyễn Hữu Tùng b) Đồ thị quan hệ x, y – t 0 t ( C) p = 760 mmHg 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 x, y (% mol) Hình 4. Đồ thị quan hệ x, y – t Dựa vào đồ thị hình 4.1 xác định đƣợc nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu xF = 54,3 %mol, hỗn hợp sản phẩm đỉnh xP = 98,7%mol, hỗn hợp sản phẩm đáy xW = 1%mol lần lƣợt là: t0F=550C; t0P=46,50C; t0W=760C. Sử dụng công thức nội suy tuyến tính, ta cũng có thể xác định đƣợc nhiệt độ sôi hỗn hợp 2 cấu tử trong : t 0k t 0k 1 53,7 56,1 - Hỗn hợp đầu: t t (x F x k 1 ) 56,1 (54,3 50) 550 C 0 0 k 1 x k x k 1 60 50 F t 0k t 0k 1 46,3 47,9 - Sản phẩm đỉnh: t t (x P x k 1 ) 47,9 (98,7 90) 46,50 C 0 0 k 1 x k x k 1 100 90 P SVTH: Nguyễn Minh Đạt - MSSV: 20150846 Trang - 15 - Đồ án Quá trình-Thiết bị trong CNHH-TP GVHD: GS.Nguyễn Hữu Tùng t 0k t 0k 1 73,7 76,7 - Sản phẩm đáy: t W t k 1 (x W x k 1 ) 76,7 (1 0) 760 C 0 0 x k x k 1 50 Hai phƣơng pháp đều cho cùng một kết quả t0F = 550C; t0P = 46,50C; t0W = 760C.
