Thực hành thiết kế hệ thống chưng cất mâm chóp trong công nghệ hoá học

• Tác giả: Võ Thị Huyền Trang
• Người hướng dẫn: ThS. Võ Thanh Hưởng
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
• Chuyên ngành: Công Nghệ Hóa Học
• Đề tài: Thiết kế hệ thống chưng cất mâm chóp cho công nghệ hoá học
• Loại tài liệu: Thực hành tính toán hệ thống và thiết kế thiết bị công nghệ hoá học
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
• NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHƯNG CẤT
• 1.1. Giới thiệu về chưng cất
• 1.2. Các phương pháp và thiết bị chưng cất
• 1.2.1. Các phương pháp chưng cất
• 1.2.2. Các thiết bị chưng cất
• 1.2.3. Ưu nhược điểm của các loại tháp
• 1.3. Acetone
• 1.4. Etanol
• 2. CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
• 2.1. Sơ đồ hệ thống tháp chưng cất mâm chóp hỗn hợp Acetone-Etanol
• 2.2. Thuyết minh quy trình
• 3. CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT
• 3.1. Cân bằng vật chất toàn bộ hệ thống
• 3.2. Các thông số ban đầu
• 3.3. Nồng độ phần khối lượng aceton trong tháp
• 3.4. Suất lượng mol của các dòng
• 3.5. Xác định chỉ số hồi lưu
• 3.5.1. Đồ thị cân bằng Acetone – Etanol
• 3.5.2. Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp
• 3.6. Phương trình đường làm việc
• 3.7. Xác định số mâm thực tế
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC ĐỒ THỊ
• DANH MỤC HÌNH ẢNH

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. Trong quá trình này, pha hơi di chuyển từ dưới lên, pha lỏng chảy từ trên xuống. Nồng độ và nhiệt độ thay đổi theo chiều cao của tháp. Trên mỗi đĩa, quá trình chuyển khối giữa hai pha diễn ra, dẫn đến việc thu được phần lớn cấu tử dễ bay hơi ở đỉnh tháp và phần khó bay hơi ở đáy tháp.

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 hai cấu tử, đặc biệt là khi yêu cầu độ tinh khiết cao như trong trường hợp Acetone và Etanol.

1.2. Các thiết bị chưng cất

Trong sản xuất, nhiều loại thiết bị chưng cất được sử dụng, trong đó tháp mâm và tháp chêm là phổ biến nhất. Tháp mâm có cấu tạo cho phép pha lỏng và pha hơi tiếp xúc với nhau, trong khi tháp chêm sử dụng vật chêm để tăng diện tích bề mặt tiếp xúc. Mỗi loại thiết bị có ưu nhược điểm riêng, và việc lựa chọn thiết bị phù hợp là rất quan trọng cho hiệu suất chưng cất.

II. Sơ đồ quy trình công nghệ

Sơ đồ quy trình công nghệ cho hệ thống chưng cất mâm chóp hỗn hợp Acetone- Etanol được thiết kế với năng suất nhập liệu 1800 kg/h. Hỗn hợp được bơm từ bể chứa, gia nhiệt và đưa vào tháp chưng cất. Tại đây, pha lỏng và pha hơi sẽ tiếp xúc và trao đổi với nhau, dẫn đến việc thu được sản phẩm đỉnh và đáy với nồng độ khác nhau. Quá trình này bao gồm nhiều thiết bị như nồi đun, thiết bị ngưng tụ và thiết bị làm lạnh.

2.1. Thuyết minh quy trình

Quy trình bắt đầu với việc bơm hỗn hợp Acetone- Etanol từ bể chứa lên thiết bị gia nhiệt. Sau khi gia nhiệt, hỗn hợp được đưa vào tháp chưng cất. Tại đây, pha lỏng sẽ chảy xuống và pha hơi sẽ bay lên, tạo ra sự trao đổi giữa hai pha. Sản phẩm đỉnh và đáy được thu hồi và xử lý tiếp theo. Quy trình này đảm bảo hiệu suất cao và chất lượng sản phẩm đạt yêu cầu.

2.2. Cân bằng vật chất

Cân bằng vật chất cho toàn bộ hệ thống được thực hiện để xác định các thông số như nồng độ, suất lượng và các dòng chảy trong hệ thống. Các thông số ban đầu như nồng độ nhập liệu và nồng độ sản phẩm đỉnh được xác định rõ ràng. Việc tính toán cân bằng vật chất là rất quan trọng để đảm bảo quy trình hoạt động hiệu quả và đạt được sản phẩm mong muốn.

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 liên quan đến hiệu suất của thiết bị. Các thông số này được tính toán dựa trên các dữ liệu đầu vào như suất lượng, nồng độ và các thông số nhiệt động học của hỗn hợp. Việc tính toán chính xác sẽ giúp tối ưu hóa thiết kế và vận hành của hệ thống chưng cất.

3.1. Đường kính tháp

Đường kính tháp được xác định dựa trên tốc độ hơi trung bình và các thông số khác liên quan đến dòng chảy trong tháp. Việc tính toán đường kính là rất quan trọng để đảm bảo rằng tháp có thể hoạt động hiệu quả mà không gặp phải vấn đề về tắc nghẽn hay giảm hiệu suất. Các công thức và phương pháp tính toán cụ thể sẽ được áp dụng để đạt được kết quả chính xác.

3.2. Tính toán cơ khí

Tính toán cơ khí bao gồm việc xác định bề dày thân tháp, kích thước bích ghép và các thông số khác liên quan đến cấu trúc của thiết bị. Việc đảm bảo tính an toàn và độ bền của thiết bị là rất quan trọng trong thiết kế. Các tiêu chuẩn và quy định sẽ được áp dụng để đảm bảo rằng thiết bị đáp ứng được yêu cầu về an toàn và hiệu suất.