I. Tổng quan về chưng cất
Chưng cất là quá trình phân tách các hỗn hợp lỏng- lỏng, lỏng- khí và khí- khí dựa vào sự khác nhau về độ bay hơi của các cấu tử. Số lượng sản phẩm chưng cất phụ thuộc vào số cấu tử trong hỗn hợp. Đối với hỗn hợp hai cấu tử, sản phẩm đỉnh chứa các cấu tử dễ bay hơi, trong khi sản phẩm đáy chứa các cấu tử khó bay hơi. Quá trình này diễn ra trong tháp chưng cất, nơi pha hơi đi từ dưới lên và pha lỏng chảy từ trên xuống. Nồng độ và nhiệt độ thay đổi theo chiều cao của tháp, với sự tiếp xúc giữa hai pha trên mỗi đĩa. Điều này dẫn đến việc thu được phần lớn cấu tử dễ bay hơi ở đỉnh và phần lớn cấu tử khó bay hơi ở đáy.
1.1. Các phương pháp chưng cất
Chưng cất có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm chưng cất đơn giản và chưng cất liên tục. Chưng cất đơn giản thường được sử dụng khi nhiệt độ sôi của các cấu tử khác xa nhau và không yêu cầu độ tinh khiết cao. Ngược lại, chưng cất liên tục là phương pháp hiệu quả cho hỗn hợp như Acetone và Etanol, nơi yêu cầu độ tinh khiết cao. Các thiết bị chưng cất như tháp mâm và tháp chêm được sử dụng phổ biến trong công nghiệp, với yêu cầu cơ bản là diện tích bề mặt tiếp xúc giữa các pha phải lớn.
II. Quy trình công nghệ
Quy trình chưng cất Acetone và Etanol bắt đầu với hỗn hợp có năng suất nhập liệu 1800 kg/h và nồng độ acetone 28% phần mol. Hỗn hợp được bơm lên thiết bị gia nhiệt, nơi nó được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi trước khi vào tháp chưng cất. Tại đĩa nhập liệu, phần lỏng chứa cấu tử dễ bay hơi chảy xuống đáy tháp, trong khi pha hơi chứa phần lớn cấu tử dễ bay hơi bay lên đỉnh tháp. Quá trình này tiếp tục với sự trao đổi giữa hai pha, dẫn đến việc thu được sản phẩm đỉnh và đáy với nồng độ mong muốn.
2.1. Cân bằng vật chất
Cân bằng vật chất cho toàn bộ hệ thống là một phần quan trọng trong thiết kế quy trình. Các thông số như năng suất đỉnh, nồng độ nhập liệu, nồng độ sản phẩm đỉnh và đáy cần được xác định chính xác. Cân bằng cấu tử aceton và etanol được thực hiện để đảm bảo rằng lượng chất vào và ra khỏi hệ thống là đồng nhất. Việc xác định chỉ số hồi lưu cũng rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng đến hiệu suất và kích thước của tháp chưng cất.
III. Tính toán thiết bị chưng cất
Tính toán thiết bị chưng cất bao gồm việc xác định đường kính tháp, chiều cao tháp và các thông số khác như tốc độ hơi trung bình. Các yếu tố như trở lực và hiệu suất truyền khối cũng cần được xem xét. Việc tính toán này giúp đảm bảo rằng thiết bị hoạt động hiệu quả và đáp ứng được yêu cầu sản xuất. Các thông số như bề dày thân tháp, kích thước bích ghép ống dẫn cũng cần được xác định để đảm bảo tính an toàn và hiệu quả trong quá trình vận hành.
3.1. Tính toán cơ khí
Tính toán cơ khí cho thiết bị chưng cất bao gồm việc xác định bề dày thân tháp, đáy và nắp thiết bị. Các yếu tố như áp suất và nhiệt độ làm việc cũng cần được xem xét để đảm bảo tính an toàn. Việc thiết kế các ống dẫn dòng nhập liệu và dòng sản phẩm cũng rất quan trọng, vì chúng ảnh hưởng đến hiệu suất và độ bền của thiết bị. Tất cả các thông số này cần được tính toán chính xác để đảm bảo rằng hệ thống chưng cất hoạt động hiệu quả và an toàn.
