LỜI MỞ ĐẦU Chúng ta đang sống trong thế giới với khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển. Trong ngành công nghệ vật liệu mới không thể không nhắc đến ngành công nghiệp hóa học, bởi công nghệ hoá thuộc lĩnh vực công nghệ đòi hỏi kỹ thuật cao, mức độ phát triển công nghệ này được coi như một chỉ thị về trình độ phát triển của một đất nước. Nhận thấy rõ sự phát triển như vũ bão của ngành công nghệ hóa học, với lối tư duy nhạy bén và sáng tạo, khoa Công nghệ Hóa Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội đã đào tạo ra những sinh viên chuyên ngành Hóa. Điều đó không chỉ cung cấp cho đất nước đội ngũ những công nhân lành nghề, thợ kỹ thuật có tay nghề cao mà nó còn mở cơ hội việc làm cho giới trẻ trong lĩnh vực khá mới mẻ này.
Là một sinh viên khoa Công Nghệ Hóa, chúng em được trang bị rất nhiều kiến thức cơ bản về các quá trình thiết bị của công nghệ sản xuất những sản phẩm hóa học. Nhận được bản đồ án này là một cơ hội tốt để chúng em được tìm hiểu về các quá trình công nghệ, được vận dụng những kiến thức đã được học và mở rộng vốn kiến thức của mình, từ đó giúp chúng em có cái nhìn cụ thể hơn về nghành nghề mình đã lựa chọn. Công nghệ hóa học là một ngành giữ vị trí, vai trò quan trọng trong việc sản xuất phục vụ cho nhiều lĩnh vực, cho mọi nghành kinh tế quốc dân, tạo tiền đề cho nhiều ngành phát triển theo. Với nhiều phương pháp sản xuất khác nhau như lắng, lọc, đun nóng, làm nguội, chưng luyện, hấp thụ, hấp phụ, trích ly, sấy khô, đông lạnh…đã tạo ra rất nhiều sản phẩm đa dạng, phong phú đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn của con người.
Đặc biệt được ứng dụng nhiều nhất là chưng luyện, nó được ứng dụng trong nhiều ngành, lĩnh vực, đặc biệt là công nghệ lên men, công nghệ tổng hợp hữu cơ, lọc - hóa dầu, công nghệ sinh học. Vậy chưng cất là gì? quy trình công nghệ của nó như thế nào.Ứng dụng của nó ra sao,thiết bị vật sử dụng cho quy trình công nghệ này cần đảm bảo những yêu cầu nào và phải được tính toán ra sao?Vì vậy em xin đi sâu vào nghiên cứu về quá trình công nghệ và vận hành quy trình công nghệ của quá trình chưng luyện liên tục loại tháp chóp để phân tách hai hỗn hợp axeton và benzen. 10 Chưng là phương pháp dùng để tách hỗn hợp khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào nhiệt độ sôi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp. Khi chưng thu được nhiều sản phẩm và thường có bao nhiêu cấu tử thì có bấy nhiêu sản phẩm.
Riêng đối với phương pháp chưng luyện hai cấu tử thì sản phẩm đỉnh gồm chủ yếu là cấu tử dễ bay hơi còn sản phẩm đáy là cấu tử khó bay hơi. Trong sản xuất ta thường gặp các phương pháp chưng khác nhau như: chưng đơn giản, chưng bằng hơi nước trực tiếp, chưng chân không và đặc biệt hơn là chưng luyện. Chưng luyện là phương pháp thông dụng dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan một phần hoặc hòa tan hoàn toàn vào nhau. Chưng luyện ở áp suất thấp dùng cho các hỗn hợp dễ bị phân hủy nhiệt ở nhiệt độ cao, các cấu tử dễ bay hơi và ngược lại.
Ứng dụng - Tách dầu mỏ tài nguyên khai thác dưới dạng lỏng - Tách các hỗn hợp khí đã hóa lỏng - Tách hỗn hợp chất hữu cơ trong tổng hợp hữu cơ. Trong công nghệ sinh học, thực phẩm, các quá trình lênmen sản xuất các sản phẩm như: rượu, bia, nước ngọt… Vì thế, đề tài “ Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp chóp để phân tách hỗn hợp: Axeton-Cloenzen” của môn “Đồ án Môn Học Quá Trình Thiết Bị” cũng là một bước giúp cho sinh viên tập luyện và chuẩn bị cho việc thiết kế quá trình và thiết bị công nghệ trong lĩnh vực này.Để hoàn thành đồ án này , thực sự em đã cố gắng rất nhiều. Song , vì đây là bước đầu làm quen với công tác thiết kế nên chắc hẳn không tránh khỏi những sai sót. Cuối cùng , em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Quá Trình Thiết Bị , đặc biệt là thầy Nguyễn Xuân Huy, người đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em rất nhiều trong suốt thời gian thực hiện đồ án thiết kế.
GIỚI THIỆU CHUNG 1. GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG. Axeton và Clobenzen là hai loại hoá chất quan trọng trong ngành công nghiệp hóa chất. Axeton Axeton là hợp chất hữu cơ, có công thức phân tử là (CH3 )2CO, khối lượng phân tử: 58.
Thuộc hợp chất cacboxyl, vì vậy đây là hợp chất phân cực. * Một số thông số vật lý của axeton: -Khối lượng mol: 58,08 g/mol - Bề ngoài: chất lỏng trong suốt, không màu và có mùi. - Khối lượng riêng: 0,791 g/cm3 (ở 20oC) -Nhiệt độ sôi: 56,5oC -Nhiệt độ nóng chảy:-94,6oC - Nhiệt dung riêng (cp): 2180 J/kg ( ở 20oC) - Độ nhớt (𝜇) : 0,322 cp (ở 20oC) - Nhiệt trị: 0,5176 cal/g - Độ tan trong nước: tan vô hạn - Độ axit (pKa): 19,2 - Độ bazo (pKb): -5,2 (với bazo liên hợp) Axeton là một chất lỏng không màu, có mùi,dễ bay hơi và là dạng xeton đơn giản nhất. Axeton có tính chất dễ cháy, có thể tự bốc chảy ở 465oC.
Tùy vào thời gian tiếp xúc với môi trường, nhiệt độ bốc cháy có thể lên đến 525oC. Axeton có độc tính cấp tính và mãn tính thấp nếu bị uống hay hít vào. 12 Axeton tan trong nước và là dung môi chủ yếu dùng để làm sạch trong phòng thí nghiệm, đồng thời là một chất dùng để tổng hợp các chất hữu cơ và còn được sử dụng trong các thành phần hoạt chất của sơn móng tay. * Tính chất hóa học đặc trưng của axeton: Axeton có công thức phân tử: (CH3)2CO Phản ứng chính của axeton chủ yếu dựa vào nhóm cacbonyl (-CO-) , ngoài ra còn có phản ứng thế vào nhóm - CH3, dưới đây là các ví dụ cụ thể: Phản ứng ở nhóm -CO- : axeton rất nghèo phản ứng , xeton có phản ứng khử giống adehit nhưng tạo ra ancol bậc II: CH3-CO-CH3 + H2 => CH3- CH(OH)- CH3 Axeton khó bị oxy hóa vì các gốc hidrocacbon đã cản trở không gian.
Tuy nhiên nó có thể bị oxy hóa bởi dung dịch thuốc tím đun nóng với axit sunfuric tạo ra hỗn hợp cacboxylic. Phản ứng ở gốc hidrocacbon: CH3-CO-CH3 + Br2 => CH3-CO-CH2Br + HBr *Lưu ý: Phản ứng trên xảy ra khi dùng Brom khan và có xúc tác là axit axetic đun nóng. * Các phương pháp điều chế: Oxi hóa hidrocacbon: khi đốt cháy chậm n-ankan ở pha khí ta có thể thu được axeton. Oxi hóa ancol: đây là phương pháp quan trọng nhất để điều chế axeton CH3- CH(OH)- CH3 => CH3-CO-CH3 + H2O Về ứng dụng: axeton là dung môi hòa tan nhiều hợp chất hữu cơ như:tơ axetat, nitro xenlulo, nhựa focmandehit, chất béo, dung môi pha sơn, mực in ống đồng.
Nó là nguyên liệu để sản xuất thủy tinh hữu cơ và có thể tổng hợp xeten 1. Clobenzen 13 Clobenzen là một hợp chất hữu cơ thơm với công thức hóa học C6H5Cl. Clobenzen là một dung môi thông thường và được sử dụng rộng rãi trong quá trình sản xuất các hóa chất khác * Các thông số vật lý của Clobenzen: Ở nhiệt độ phòng, Clobenzen là một chất lỏng không màu, dễ cháy, thường được sử dụng làm dung môi và chất tẩy nhờn. Ngoài ra, nó đóng vai trò là nguyên liệu thô để sản xuất nhiều hợp chất hóa học hữu ích.
Công thức phân tử : C6H5Cl Khối lượng mol: 112,56 g/mol. Khối lượng riêng: 1,11 g/cm3 (ở 20oC) Nhiệt độ nóng chảy: -45oC Nhiệt độ sôi: 131oC Độ tan : 0,5 g/l ở 20oC Độ nhớt: 0,806 N.s/m2 ở 20oC Áp suất hơi: 9 mmHg Nhiệt lượng đốt cháy: -3100 KJ/Mol ở 25oC Nhiệt bay hơi: 40,97 KJ/Mol ở 25oC Tính ăn mòn: Clobenzen có thể ăn mòn một số loại nhựa, cao su và một số loại sơn * Tính chất hóa học đặc trưng của Clobenzen: -Tính chất hóa học của clobenzen: + Phản ứng thế: C6H5Cl + H2O → C6H5OH + HCl + Phản ứng oxi hóa khử: - Clobenzen đóng vai trò là chất khử: 14 C6H5Cl + 4 O2 → HCl + 6 CO + 2 H2O - Clobenzen đóng vai trò là chất oxh C6H5Cl + NH3 → C6H5NH2 + HCl 8Na + SiCl4 + 4 C6H5Cl → 8 NaCl + (C6H5)4Si - Clobenzen vừa là chất oxh vừa là chất khử: 3 C6H5Cl + 10 CH3Cl → 4 C6H5CH3 + 13 HCl * Các phương pháp điều chế: - Oxi hóa benzen: C6H6 + Cl2 → HCl + C6H5Cl C6H6 + Cl2 + KI → KCl + HI + C6H5Cl * Về ứng dụng: - Sử dụng trong tổng hợp hữu cơ: + Clobenzen được sử dụng làm dung môi, chất tẩy nhờn và phục vụ như một nguyên liệu thô để sản xuất nhiều hợp chất rất hữu ích. Clorobenzene được sử dụng trong quá trình tổng hợp thuốc trừ sâu DDT, hiện đang bị vô hiệu hóa do độc tính của nó đối với con người. + Mặc dù ở mức độ thấp hơn, chlorobenzene được sử dụng trong quá trình tổng hợp phenol, một hợp chất có tác dụng diệt nấm, diệt khuẩn, diệt côn trùng, khử trùng và cũng được sử dụng trong sản xuất hóa chất nông nghiệp, cũng như trong quá trình sản xuất axit acetylisalicylic.
+ Clobenzen can thiệp vào việc sản xuất diisocyanate, chất tẩy dầu mỡ của phụ tùng ô tô. + Clobenzen được sử dụng để thu được p-nitrochlorobenzene và 2,4- dinitrochlorobenzene. + Clobenzen được sử dụng trong quá trình tổng hợp các hợp chất triphenylphosphine, thiophenol và phenylsilane. 15 + Clobenzen là một phần của nguyên liệu sản xuất oxit diphenyl, được sử dụng làm chất truyền nhiệt, trong việc kiểm soát các bệnh thực vật và sản xuất các sản phẩm hóa học khác.
+ P-nitrochlorobenzene thu được từ chlorobenzene là một hợp chất được sử dụng làm chất trung gian trong sản xuất thuốc nhuộm, bột màu, dược phẩm (paracetamol) và hóa học cao su. - Sử dụng để tổng hợp dung môi hữu cơ: Clorobenzene cũng được sử dụng làm nguyên liệu thô để điều chế dung môi được sử dụng trong các phản ứng tổng hợp các hợp chất hữu cơ, như methylene diphenyldiisocyanate (MDI) và urethane. - Công dụng làm thuốc: + 2,4-dinitrochlorobenzene đã được sử dụng trong da liễu trong điều trị rụng tóc. Nó cũng đã được sử dụng trong các nghiên cứu về dị ứng và miễn dịch viêm da, bạch biến và tiên lượng tiến hóa ở bệnh nhân u ác tính, mụn cóc sinh dục và mụn cóc thông thường.
+ Nó đã được sử dụng điều trị ở bệnh nhân nhiễm HIV.