I. Tổng quan
Chương này cung cấp cái nhìn tổng quan về hệ thống chưng cất và lý thuyết liên quan đến quá trình chưng cất. Chưng cất là phương pháp tách các cấu tử trong hỗn hợp lỏng dựa vào độ bay hơi khác nhau. Đặc biệt, trong trường hợp hỗn hợp nước acid acetic, sản phẩm đỉnh chủ yếu là aceton, trong khi sản phẩm đáy chủ yếu là nước. Các phương pháp chưng cất được phân loại theo áp suất làm việc và nguyên lý hoạt động. Tháp mâm được lựa chọn cho quá trình này do hiệu suất cao và khả năng làm việc với chất lỏng bẩn. Việc lựa chọn tháp mâm chóp là hợp lý vì nó có cấu tạo đơn giản và hiệu suất truyền khối tốt.
1.1. Lý thuyết về chưng cất
Chưng cất là quá trình tách các cấu tử của hỗn hợp lỏng dựa vào độ bay hơi khác nhau. Trong quá trình này, các cấu tử dễ bay hơi sẽ được tách ra và thu được sản phẩm đỉnh. Đối với hệ nước - acid acetic, sản phẩm đỉnh chủ yếu là aceton. Các phương pháp chưng cất có thể được phân loại theo áp suất làm việc và nguyên lý hoạt động. Việc lựa chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt gián tiếp là hiệu quả nhất cho hệ này.
1.2. Giới thiệu về nguyên liệu
Nguyên liệu chính cho quá trình chưng cất là hỗn hợp nước - acid acetic. Aceton, với công thức phân tử CH3-CO-CH3, là chất lỏng không mùi, dễ cháy và hòa tan vô hạn trong nước. Nước là dung môi phân cực mạnh, rất cần thiết cho sự sống và có khả năng hòa tan nhiều chất. Hỗn hợp này có nhiệt độ sôi khác nhau, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chưng cất.
II. Cân bằng vật chất
Chương này trình bày các thông số ban đầu và quy trình xác định xuất lượng sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy. Lưu lượng khối lượng của dòng nhập liệu được xác định là 1200 kg/h với phần khối lượng cấu tử dễ bay hơi là 0,1. Từ đó, xuất lượng sản phẩm đỉnh và đáy được tính toán dựa trên phương trình cân bằng vật chất. Tỉ số hoàn lưu tối thiểu và tỉ số hoàn lưu thích hợp cũng được xác định để tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống chưng cất.
2.1. Thông số ban đầu
Thông số ban đầu cho quá trình chưng cất bao gồm lưu lượng khối lượng của dòng nhập liệu và phần khối lượng cấu tử dễ bay hơi. Các thông số này là cơ sở để tính toán xuất lượng sản phẩm đỉnh và đáy. Việc xác định chính xác các thông số này là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả của quá trình chưng cất.
2.2. Xác định xuất lượng sản phẩm
Xuất lượng sản phẩm đỉnh và đáy được xác định thông qua các phương trình cân bằng vật chất. Tỉ số hoàn lưu tối thiểu và tỉ số hoàn lưu thích hợp cũng được tính toán để đảm bảo rằng quá trình chưng cất diễn ra hiệu quả. Việc xác định các thông số này giúp tối ưu hóa thiết kế và vận hành của hệ thống chưng cất.
III. Cân bằng năng lượng
Chương này tập trung vào việc phân tích cân bằng năng lượng trong hệ thống chưng cất. Năng lượng vào và ra được tính toán để đảm bảo rằng quá trình chưng cất diễn ra hiệu quả. Các thông số như nhiệt độ, lưu lượng và nhiệt dung riêng của các cấu tử được sử dụng để tính toán năng lượng cần thiết cho quá trình. Việc cân bằng năng lượng là rất quan trọng để đảm bảo rằng thiết bị hoạt động ổn định và hiệu quả.
3.1. Cân bằng năng lượng trong thiết bị gia nhiệt
Cân bằng năng lượng trong thiết bị gia nhiệt nhập liệu được xác định thông qua các phương trình liên quan đến nhiệt lượng vào và ra. Nhiệt lượng do nhập liệu mang vào và nhiệt lượng do hơi đốt mang vào được tính toán để xác định lượng hơi đốt cần thiết cho quá trình. Việc tính toán này giúp đảm bảo rằng thiết bị gia nhiệt hoạt động hiệu quả và cung cấp đủ năng lượng cho quá trình chưng cất.
3.2. Cân bằng năng lượng trong tháp chưng cất
Cân bằng năng lượng trong tháp chưng cất được xác định thông qua các phương trình liên quan đến năng lượng ra và vào. Nhiệt lượng do nhập liệu mang vào tháp và nhiệt lượng do hơi đỉnh mang ra được tính toán để đảm bảo rằng quá trình chưng cất diễn ra hiệu quả. Việc cân bằng năng lượng trong tháp là rất quan trọng để đảm bảo rằng thiết bị hoạt động ổn định và hiệu quả.
IV. Tính toán thiết bị chính
Chương này trình bày các tính toán liên quan đến thiết bị chính trong hệ thống chưng cất. Đường kính và chiều cao của tháp được xác định dựa trên các thông số đã tính toán trước đó. Việc tính toán mâm chóp và ống chảy chuyền cũng được thực hiện để đảm bảo rằng thiết bị có thể hoạt động hiệu quả. Các thông số này là cơ sở để thiết kế và chế tạo thiết bị chưng cất.
4.1. Tính toán đường kính tháp
Đường kính tháp được tính toán dựa trên lưu lượng và tốc độ dòng chảy của các cấu tử trong tháp. Việc xác định đường kính tháp là rất quan trọng để đảm bảo rằng thiết bị có thể hoạt động hiệu quả và đạt được hiệu suất tối ưu trong quá trình chưng cất.
4.2. Tính toán chiều cao tháp
Chiều cao tháp được xác định dựa trên số mâm lý thuyết và hiệu suất của thiết bị. Việc tính toán chiều cao tháp là cần thiết để đảm bảo rằng quá trình chưng cất diễn ra hiệu quả và đạt được sản phẩm có độ tinh khiết cao.
