I. Tổng quan
Chưng cất là một quá trình quan trọng trong ngành công nghiệp hóa chất, được sử dụng để tách các cấu tử của hỗn hợp lỏng dựa vào độ bay hơi khác nhau. Đối với hệ acid acetic và nước, chưng cất là phương pháp tối ưu để nâng cao độ tinh khiết của sản phẩm. Hệ thống chưng cất thường sử dụng tháp chưng cất, trong đó có nhiều loại thiết bị khác nhau như tháp mâm và tháp chêm. Tháp mâm chóp được lựa chọn cho quá trình này do hiệu suất cao và khả năng làm việc với chất lỏng bẩn. Đối với hỗn hợp acid acetic - nước, sản phẩm đỉnh chủ yếu là nước, trong khi sản phẩm đáy chủ yếu là acid acetic.
1.1. Cơ sở 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, cả dung môi và chất tan đều bay hơi, tạo ra hai sản phẩm: sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy. Đối với hệ nước - acid acetic, sản phẩm đỉnh chủ yếu là nước với nồng độ 94% và sản phẩm đáy là acid acetic với nồng độ 3%. Việc lựa chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt gián tiếp là cần thiết để tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng.
II. Quy trình thiết kế tháp chưng cất
Quy trình thiết kế tháp chưng cất hỗn hợp acid acetic - nước 1200kg nhập liệu/h bao gồm nhiều bước quan trọng. Đầu tiên, hỗn hợp được bơm lên bồn cao vị và gia nhiệt đến nhiệt độ 108,8°C. Sau đó, hỗn hợp được đưa vào tháp chưng cất, nơi có sự tiếp xúc giữa pha lỏng và pha hơi. Nhiệt độ trong tháp giảm dần từ dưới lên trên, dẫn đến việc cấu tử dễ bay hơi được tách ra và thu hồi ở sản phẩm đỉnh. Sản phẩm đáy chứa chủ yếu là acid acetic với nồng độ 3%. Quy trình này đảm bảo rằng sản phẩm thu được đạt yêu cầu về độ tinh khiết và hiệu suất.
2.1. Sơ đồ nguyên lý
Sơ đồ nguyên lý của tháp chưng cất cho thấy các bước chính trong quy trình. Hỗn hợp nước - acid acetic được bơm lên bồn cao vị, sau đó gia nhiệt và đưa vào tháp. Tại đây, quá trình trao đổi nhiệt diễn ra giữa pha lỏng và pha hơi, dẫn đến việc tách biệt các cấu tử. Sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy được thu hồi và xử lý tiếp theo. Quy trình này không chỉ tối ưu hóa hiệu suất mà còn đảm bảo tính liên tục trong sản xuất.
III. Tính toán thiết bị
Tính toán thiết bị là một phần quan trọng trong thiết kế tháp chưng cất. Các thông số như đường kính tháp, số mâm lý thuyết và thực tế, cũng như chiều cao tháp cần được xác định chính xác. Đường kính tháp được tính toán dựa trên lưu lượng và tính chất của hỗn hợp. Số mâm lý thuyết được xác định dựa trên hiệu suất tách và tỷ số hoàn lưu. Việc tính toán này đảm bảo rằng tháp hoạt động hiệu quả và đạt được sản phẩm với độ tinh khiết cao.
3.1. Tính toán đường kính tháp
Đường kính tháp được tính toán dựa trên lưu lượng và tính chất của hỗn hợp. Đối với hệ acid acetic - nước, đường kính tháp cần đủ lớn để đảm bảo hiệu suất tách cao. Việc xác định đường kính không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất mà còn đến chi phí đầu tư và vận hành. Tính toán chính xác sẽ giúp tối ưu hóa thiết kế và đảm bảo rằng tháp hoạt động hiệu quả trong suốt quá trình sản xuất.
