Đồ án thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp nước axit axetic

Đồ án thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền cho phân tách hiệu quả hỗn hợp nước axit axetic.

• Tác giả: Đinh Thị Hà
• Người hướng dẫn: Thầy Nguyễn Thế Hữu
• Trường học: Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Hóa
• Đề tài: Đồ Án Thiết Kế Tháp Chưng Luyện Liên Tục Loại Tháp Đĩa Lỗ Không Có Ống Chảy Truyền Để Phân Tách Hỗn Hợp Nước – Axit Axetic
• Loại tài liệu: Đồ án môn học

Tóm tắt

I. Tổng quan về tháp chưng luyện liên tục và ứng dụng

Tháp chưng luyện liên tục là một thiết bị quan trọng trong ngành công nghiệp hóa chất, đặc biệt trong quá trình phân tách hỗn hợp. Thiết kế tháp chưng luyện loại tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền nhằm mục đích tối ưu hóa hiệu suất phân tách hỗn hợp nước và axit axetic. Việc phân tách này không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất.

1.1. Đặc điểm của tháp chưng luyện liên tục

Tháp chưng luyện liên tục có khả năng hoạt động ổn định và hiệu quả cao. Thiết bị này cho phép quá trình chưng cất diễn ra liên tục, giúp tiết kiệm thời gian và năng lượng. Đặc biệt, tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền giúp tăng cường khả năng tiếp xúc giữa pha lỏng và pha hơi.

1.2. Vai trò của axit axetic trong công nghiệp

Axit axetic là một trong những hóa chất quan trọng trong ngành công nghiệp hóa chất. Nó được sử dụng rộng rãi trong sản xuất dấm ăn, nhựa, và nhiều hợp chất hữu cơ khác. Việc tách axit axetic từ hỗn hợp nước không chỉ giúp nâng cao độ tinh khiết mà còn tạo ra nguyên liệu chất lượng cao cho các ngành công nghiệp khác.

II. Thách thức trong thiết kế tháp chưng luyện không có ống chảy truyền

Thiết kế tháp chưng luyện không có ống chảy truyền gặp nhiều thách thức trong việc đảm bảo hiệu suất và độ ổn định của quá trình. Các yếu tố như áp suất, nhiệt độ và nồng độ cấu tử ảnh hưởng lớn đến khả năng phân tách của tháp. Việc tối ưu hóa các thông số này là rất cần thiết để đạt được hiệu quả cao nhất.

2.1. Vấn đề về áp suất và nhiệt độ

Áp suất và nhiệt độ là hai yếu tố quan trọng trong quá trình chưng luyện. Việc điều chỉnh áp suất có thể giúp giảm nhiệt độ sôi của các cấu tử, từ đó nâng cao hiệu suất phân tách. Tuy nhiên, việc duy trì áp suất ổn định trong tháp là một thách thức lớn.

2.2. Khó khăn trong việc kiểm soát nồng độ

Nồng độ của các cấu tử trong tháp chưng luyện có thể thay đổi theo chiều cao của tháp. Việc kiểm soát nồng độ này là rất quan trọng để đảm bảo sản phẩm đạt yêu cầu chất lượng. Sự thay đổi nồng độ có thể dẫn đến hiệu suất phân tách không ổn định.

III. Phương pháp thiết kế tháp chưng luyện hiệu quả

Để thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền, cần áp dụng các phương pháp tính toán và mô phỏng hiện đại. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng giúp dự đoán hiệu suất của tháp và tối ưu hóa các thông số thiết kế.

3.1. Tính toán cân bằng vật liệu

Cân bằng vật liệu là bước đầu tiên trong thiết kế tháp chưng luyện. Phương trình cân bằng vật liệu giúp xác định lượng hỗn hợp đầu vào và sản phẩm đầu ra, từ đó tính toán được hiệu suất của tháp.

3.2. Mô phỏng quá trình chưng luyện

Mô phỏng quá trình chưng luyện giúp đánh giá hiệu suất của tháp trong các điều kiện khác nhau. Sử dụng phần mềm mô phỏng cho phép điều chỉnh các thông số như nhiệt độ, áp suất và nồng độ để đạt được kết quả tối ưu.

IV. Ứng dụng thực tiễn của tháp chưng luyện trong công nghiệp

Tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hóa chất. Việc phân tách nước và axit axetic không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất.

4.1. Ứng dụng trong sản xuất axit axetic

Tháp chưng luyện được sử dụng để tách axit axetic từ hỗn hợp nước, giúp nâng cao độ tinh khiết của sản phẩm. Điều này rất quan trọng trong việc sản xuất các hợp chất hóa học khác.

4.2. Tác động đến hiệu suất sản xuất

Việc sử dụng tháp chưng luyện liên tục giúp tăng cường hiệu suất sản xuất, giảm thiểu thời gian và chi phí. Điều này góp phần nâng cao khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp trong ngành công nghiệp hóa chất.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của tháp chưng luyện

Tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền là một giải pháp hiệu quả cho việc phân tách hỗn hợp nước và axit axetic. Với sự phát triển của công nghệ, thiết kế và ứng dụng của tháp chưng luyện sẽ ngày càng được cải tiến, mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành công nghiệp hóa chất.

5.1. Triển vọng phát triển công nghệ chưng luyện

Công nghệ chưng luyện sẽ tiếp tục phát triển với sự ra đời của các thiết bị mới và phương pháp tối ưu hóa. Điều này sẽ giúp nâng cao hiệu suất và giảm thiểu chi phí sản xuất.

5.2. Tương lai của ngành công nghiệp hóa chất

Ngành công nghiệp hóa chất sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế. Việc áp dụng các công nghệ mới trong thiết kế tháp chưng luyện sẽ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Lời mở đầu Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật,nền công nghiệp đã mang lại cho con người những lợi ích vô cùng to lớn về cả vật chất lẫn tinh thần.Để nâng cao đời sống nhân dân,để hòa nhập chung với sự phát triển chung của các nước trong khu vực cũng như trên thế giới.Đảng và nhà nước ta đã đề ra mục tiêu: công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước. Trong tiến trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nuớc những ngành kinh tế mũi nhọn:công nghệ thông tin ,công nghệ sinh học công nghệ điện tử tự động hóa,công nghệ vật liệu mới…công nghệ hóa giữ vai trò quan trọng trong việc sản xuất các sản phẩm phục vụ cho nền kinh tế quốc dân.Tạo tiền đề cho nhiều ngành khác phát triển. Khi kinh tế phát triển nhu cầu của con người ngày càng tăng.Do vậy các sản phẩm cũng đòi hỏi cao hơn,đa dạng hơn,phong phú hơn theo đó công nghệ sản xuất cũng phải nâng cao.trong công nghệ hóa học nói chung viêc sử dụng hóa chất có độ tinh khiết cao là yếu tố căn bản tạo ra sản phẩm có chất lượng cao.Có nhiều phương pháp khác nhau để làm tăng nồng độ,độ tinh khiết:chưng cất,cô đặc.trích li…tùy vào tính chất của hệ mà ta lựa chọn phương pháp thích hợp. GVHD: Nguyễn Thế Hữu 4 SVTH: Đinh Thị Hà Lớp Hoá 1 – K3 EBOOKBKMT.COM Khoa công nghệ Hoá PHẦN I: TỔNG QUAN I: LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT 1.

Phương pháp chưng cất. Chưng luyện là một phương pháp chưng cất nhằm để phân tách một hỗn hợp khí đã hóa lỏng dựa trên độ bay hơi tương đối khác nhau giữa các cấu tử thành phần ở cùng một áp suất. Phương pháp chưng luyện này là một quá trình trưng luyện trong đó hỗn hợp được bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần, kết quả cuối cùng ở đỉnh tháp thu được một hỗn hợp gồm hầu hết các cấu tử dễ bay hơi và nồng độ đạt yêu cầu, phương pháp chưng luyện cho hiệu suất phân tách cao, vì vậy nó được sử dụng nhiều trong thực tế. Dựa trên các phương pháp chưng luyện liên tục, người ta đưa ra nhiều thiết bị phân tách đa dạng như tháp chóp, tháp đĩa lỗ, tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền, tháp đệm… Trong đồ án này em được giao thiết kế tháp chưng luyện liên tục dạng đĩa lỗ không có ống chảy truyền nhằm phân tách 2 cấu tử Nước – Axit Axetic , chế độ làm việc ở áp suất thường với hỗn hợp đầu vào ở nhiệt độ sôi.

Nước – Axit Axetic là hỗn hợp lỏng thường gặp trong thực tế. việc tách riêng 2 cấu tử này có ý nghĩa quan trọng bởi cần Axit Axetic có nồng độ lớn dùng làm nguyên liệu sản xuất các hợp chất và thực phẩm hiện nay. Các phương pháp chưng cất. +) áp suất làm việc: Chưng cất áp suất thấp.

Chưng cất áp suất thường. Chưng cất áp suất cao. - Nguyên tắc của phương pháp này là dựa trên nhiệt độ sôi của các cấu tử nếu nhiệt độ sôi của các cấu tử quá cao thì giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi của các cấu tử. +) Nguyên lý làm việc : liên tục ,gián đoạn GVHD: Nguyễn Thế Hữu 5 SVTH: Đinh Thị Hà Lớp Hoá 1 – K3 EBOOKBKMT.COM Khoa công nghệ Hoá * Chưng gián đoạn : phương pháp này sử dụng trong các trừong hợp : + 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 liên tục :là quá trình được thực hiện liên tục nghịch dòng và nhiều đoạn.

Thiết bị chưng cất. Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp khác nhau nhưng chúng đều có một yêu cầu cơ bản là diện tích tiếp xúc bề mắt pha lớn ,điều này phụ thuộc độ phân tán lưu chất vào. Tháp chưng cất rất phong phú về kích cỡ và ứng dụng .các tháp lớn thường được sủ dụng trong công nghệ lọc hóa dầu. đường kính tháp phụ thuộc luơng pha lỏng và luợng pha khí ,độ tinh khiết của sản phẩm.

theo khảo sát thường có 2 loại tháp chưng:tháp đĩa và tháp đệm. Tháp đĩa ; thân tháp hình trụ thẳng đứng bên trong có gắn các đĩa. phân chia thân tháp thành những đoạn bằng nhau. trên đĩa pha lỏng và pha khí tiếp xúc với nhau .tùy thuộc vào loại đĩa ta có + Tháp đĩa chóp : + Tháp đĩa lỗ :trên đĩa có các lỗ có đường kính (2-12 mm) có 2 loại tháp đĩa lỗ - Tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền - Tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền Tháp đệm :tháp hình trụ gồm nhiều đoạn nối với nhau bằng mặt bích hay hàn.

* Tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền hoạt động với hiệu suất cao ổn định. Khắc phục được nhược điểm của các loại tháp khác ; làm việc được với chất lỏng bẩn … Vậy : chọn tháp đĩa lỗ không có ống chảy chuyền để chưng hệ Nước – Axit Axetic. GVHD: Nguyễn Thế Hữu 6 SVTH: Đinh Thị Hà Lớp Hoá 1 – K3 EBOOKBKMT.COM Khoa công nghệ Hoá II. GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG 1.Nước: Trong điều kiện bình thường: nước là chất lỏng không màu, không mùi, không vị nhưng khối nước dày sẽ có màu xanh nhạt.

Khi hóa rắn nó có thể tồn tại ở dạng 5 tinh thể khác nhau.  Khối lượng phân tử : 18g/mol  Khối lượng riêng d4 c o : 1g/ml  Nhiệt độ nóng chảy : 0o C  Nhiệt độ sôi : 100o C  Độ nhớt ở 25o C : 1,005.s/m2 Nước là hợp chất chứa phần lớn trên trái đất (3/4 diện tích trái đất là nước biển) và rất cần thiết cho sự sống. Nước là dung môi phân cực mạnh, có khả năng hòa tan nhiều chất và là dung môi rất quan trọng trong kỹ thuật hóa học. Tính chất:  Là một chất lỏng không màu, có mùi sốc đặc trưng, trọng lượng riêng 1,0497 (ở 20o C)  Khi haj nhiệt độ xuống 1 ít đã đông đặc thành 1 khối tinh thể có Tonc = 16,635 – 0,002o ,Tosôi = 118o C  Tan trong nước, rượu và ete theo bất kỳ tỷ lệ nào  Là một axit yếu, hằng số phân ly nhiệt động của nó ở 25o C là K = 1,75.10-5 Tính ăn mòn kim loại:  Axit Axetic ăn mòn sắt.

 Nhôm bị ăn mòn bởi axit loãng, nó đề kháng tốt với axit axetic đặc và thuần khiết. Đồng và chì bị ăn mòn bởi axit axetic với sự hiện diện của không khí.  Thiếc và một số loại thép Nikel – Crom đề kháng tốt với axit axetic.2 Điều chế: Axit axetic điều chế bằng cách: 1) Oxy hóa có xúc tác đối với cồn etylic để biến thành anđêhit axetic, là một giai đoạn trung gian. Sự oxy hóa kéo dài sẽ tiếp tục oxy hóa ânđêhit axetic thành axit axetic.

CH3CHO + O2 = CH3COOH C2H5OH + O2 = CH3COOH + H2O 2)Oxy hóa andehit axetic được tạo thành bằng cách tổng hợp từ axetylen coban axetat. Người ta thao tác trong andehit axetic ở nhiệt độ gần 80oC để ngăn chặn GVHD: Nguyễn Thế Hữu 7 SVTH: Đinh Thị Hà Lớp Hoá 1 – K3 EBOOKBKMT.COM Khoa công nghệ Hoá sự hình thành peoxit. Hiệu suất đạt 95 ÷ 98 % so với lý thuyết. Người ta đạt được như thế rất dễ dàng sau khi điều chế axit axetic kết tinh được.

CH3CHO + O2 Coban axetat ở 80oC CH3COOH 3)Tổng hợp đi từ cồn metylic và Cacbon oxit. Hiệu suất có thể đạt 50 ÷ 60% so với lý thuyết bằng cách cố định cacbon oxit trên cồn meetylic qua xúc tác. Nhiệt độ từ 200 ÷ 500oC, áp suất 100 ÷ 200 atm. CH3OH + CO = CH3C với sự hiện diện của metaphotphit hoặc photpho – vonframat kim loại 2 và 3 hóa trị (chẳng hạn sắt, coban).

Axit axetic là một axit quan trọng nhất trong các loại axit hữu cơ. Axit axetic tìm được rất nhiều ứng dụng vì nó là loại axit hữu cơ rẻ tiền nhất. Nó được dung để chế tạo rất nhiều hợp chất và este. Nguồn tiêu thụ chủ yếu của axit axetic là ;  Làm dấm ăn (dấm ăn chứa 4,5% axit axetic).

 Làm đông đặc nhựa mủ cao su.  Làm chất dẻo tơ sợi xenluloza axetat, làm phim ảnh không nhạy lửa.  Làm chất nhựa kết dính polyvinyl axetat.  Làm các phẩm máu, dược phẩm, nước hoa tổng hợp.

 Axetat nhôm dung làm chất cắn màu (mordant trong nghề nhuộm).  Phần lớn các este axetat đều là các dung môi, ví dụ: izoamyl axetat hòa tan được nhiều loại nhựa. GVHD: Nguyễn Thế Hữu 8 SVTH: Đinh Thị Hà Lớp Hoá 1 – K3 EBOOKBKMT.COM Khoa công nghệ Hoá III. Dây chuyền sản xuất : Hệ thống thiết bị công nghệ chưng luyện liên tục tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền tổng quát gồm có : (1) : Bơm ly tâm.

(2) : Thùng cao vị. (3) : Thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu dùng để đưa hỗn hợp đầu tới nhiệt độ làm việc. Sử dụng thiết bị loại ống chùm, dùng hơi nước bão hoà để đun nóng vì nó có hệ số cấp nhiệt lớn, ẩn nhiệt ngưng tụ cao. Hơi nước bão hoà đi ngoài ống, lỏng đi trong ống.

(5): Tháp chưng luyện: gồm có 2 phần : phần trên gồm từ trên đĩa tiếp liệu trở lên đỉnh gọi là đoạn luyện, phần dưới gồm từ đĩa tiếp liệu trở xuống gọi là đoạn chưng. (6): Thiết bị ngưng tụ hoàn toàn sản phẩm đỉnh, nước lạnh đi trong ống. (7) : Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh. (8) : Thùng chứa sản phẩm đỉnh.

(9) : Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đáy. Bộ phận đun bốc hơi đáy tháp, có thể đặt trong hay ngoài tháp. (10) : Thiết bị tách nước ngưng. (11) : Thùng chứa hỗn hợp đầu.

(12) : Bộ phận phân phối lỏng. (13) : Van xả khí không ngưng. (14) : Thùng chứa sản phẩm đáy. GVHD: Nguyễn Thế Hữu 9 SVTH: Đinh Thị Hà Lớp Hoá 1 – K3 EBOOKBKMT.COM Khoa công nghệ Hoá THUYẾT MINH SƠ ĐỒ P T 6 13 2 NÖÔÙ C NOÙ NG NÖÔÙ C NOÙ NG 12 5 7 NÖÔÙC HO I NU ? C HÔI NÖÔÙ C 8 4 NÖÔÙ C 9 T 3 10 NÖÔÙC NGÖNG 1 14 11 Sơ đồ dây chuyền công nghệ tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền.

Hỗn hợp được chứa trong thùng chứa(11),được bơm ly tâm (1)bơm lên thùng cao vị có cửa chảy tràn dùng để khống chế mức chất lỏng thùng, hỗn hợp đầu từ thùng cao vị tự chảy xuống thiết bị gia nhiệt(3) và quá trình này được theo dõi bằng đồng hồ lưu lượng (4) dùng hơi nước bão hòa.