MỞ ĐẦU Trong thời đại phát triển hiện nay, thì các ngành công nghiệp hóa chất cũng như nhu cân sử dụng hóa chất-nguyên vật liệu có độ tỉnh khiết của Việt Nam ta nói riêng và thế giới nói chung ngày càng cao, và “Chưng cất” là một trong những phương pháp để tách cũng như nâng cao n ông độ của cấu tử.Và sau khi được học xong các môn v`êquá trình và thiết bị, em được th Tí Tién Nam giao cho D Gan: “Chung cất hỗn hợp benzen-toluen bằng tháp mâm chóp”, cùng với sự hướng dẫn nhiệt tình của th`w, em đã thực hiện hoàn tấc đán được giao. Mặc dù đã nổ lực hết mình nhưng do là lần đầu tiên thực hiện Ð Ôán, cũng như kiến thức, kĩ năng vẫn còn hạn chế nên gặp nhi`ân thiếu sót khi thực hiện Ð ôán này, kính mong các thầ% cô xem xét và chỉ bảo. Nhân đây em cũng xin gửi lời cảm ơn đến th Nam trong thời qua đã hướng dẫn em hòa thiện D Gan cia minh, va th ¥ cô đã bỏ thời gian để xem xét cũng như chỉ bảo những sai sót cũng như hạn chế của mình trong Ð ôán này. CHUONG I: TONG QUAN ( Lý thuyết v`êchưng cất) 1.
Khái niệm : -_ Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của hỗn hợp lỏng cũng như hỗn hợp khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp (nghĩa là khi ở cùng nhiệt độ, áp suất hơi bão hoà của các cấu tử khác nhau). -_ Thay vì đưa vào trong hỗn hợp một pha mới để tạo nên sự tiếp xúc giữa hai pha như trong quá trình hấp thu hoặc nhả khí, trong quá trình chưng cất pha mới được tạo nên bằng sự bốc hơi hoặc ngưng tụ. -_ Chưng cất và cô đặc khá giống nhau, tuy nhiên sự khác nhau căn bản nhất của 2 quá trình này là trong quá trình chưng cất dung môi và chất tan đ ân bay hơi (nghĩa là các cấu tử đầâi hiện diện trong cả hai pha nhưng với tỷ lệ khác nhau), còn trong quá trình cô đặc thì chỉ có dung môi bay hơi còn chất tan không bay hơi. -_ Khi chưng cất ta thu được nhi`âi cấu tử và thưởng thì bao nhiêu cấu tử sẽ thu được bấy nhiêu sản phẩm.
Nếu xét hệ đơn giản chỉ có 2 cấu tử thì ta sẽ thu được 2 sản phẩm : [1 Sản phẩm đỉnh chủ yếu g ôn cấu tử có độ bay hơi lớn (nhiệt độ sôi nhỏ) O Sản phẩm đỉnh chủ yếu g ôn cấu tử có độ bay hơi nhỏ (nhiệt độ sôi lớn) -_ Đối với hệ Benzen — Toluen H Sản phẩm đỉnh chủ yếu g Gm benzen và một ít toluen. H Sản phẩm đáy chủ yếu là toluen và một ít benzen. Phương pháp chưng cất : Các phương pháp chưng cất được phân loại theo : -_ Áp suất làm việc : H Áp suất thấp H Áp suất thường H Áp suất cao H Nguyên tắc làm việc : dựa vào nhiệt độ sôi của các cấu tử, nếu nhiệt độ sôi của các cấu tử quá cao thì ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi của các cấu tử. — Nguyên lí làm việc : O Chưng một bậc [1 Chưng lôi cuốn theo hơi nước O Chung cat _ Cấp nhiệt ở đáy tháp : 1 Cấp nhiệt trực tiếp 1 Cấp nhiệt gián tiếp Vậy : Đối với hệ Benzen — Toluen, ta chon phương pháp chưng cất liên tục ở áp suất thưởng.
Thiết bị chưng cất : Trong sản xuất, người ta thưởng dùng nhí "âu loại thiết bị khác nhau để tiến hành chưng cất. Tuy nhiên, yêu cân cơ bản chung của các thiết bị vẫn giống nhau nghĩa là diện tích tiếp xúc pha phải lớn. Đi âi này phụ thuộc vào mức độ phân tán của một lưu chất này vào lưu chất kia. Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có các loại tháp mâm, nếu pha lỏng phân tán vào pha khí ta có tháp chêm, tháp phun, .Ở đây ta khảo sát 2 loại thưởng dùng là tháp mâm và tháp chêm.
Tháp mâm : thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các mâm có cấu tạo khác nhau, trên đó pha lỏng và pha hơi đượ cho tiếp xúc với nhau. Tuỳ theo cấu tạo của đĩa, ta có : Tháp mâm chóp : trên mâm bố trí có chóp dạng tròn, xupap,. Tháp mâm xuyên lễ : trên mâm có nhi ân lễ hay rãnh. Tháp chêm (tháp đệm) : tháp hình trụ, ø ôm nhi `â bậc nối với nhau bằng mặt bích hay hàn.
Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp sau : xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự. So sánh ưu nhược điểm của các loại tháp : Tháp chêm Tháp mâm xuyên lễ Tháp chóp - Cấu tạo khá đơn giản. - Trở lực tương đối| - Khá ổn định. - Trở lực thấp.
- Hiệu suất cao. - Hiệu suất khá cao. - Làm việc được với chất lỏng Ưu điểm bẩn nếu dùng đệm c`âi có L1 O cua chat lỏng. - Do có hiệu ứng thành L]1 | - Khêng làm việc được | - Có trở lực lớn.
hiệu suất truy ân khối thấp. với chất lỏng bẩn. ¬ - Tiêu tốn nhi ân - Độ ổn định không cao, khó | - Kết cấu khá phức tạp. | vật tư, kết cấu vận hành.
Nhược = - Do có hiệu ứng thành LÏ khi điểm tăng năng suất thì hiệu ứng thành tăng LÏ khó tắng năng suất. - Thiết bị khá nặng n` SAS Vậy :Theo yêu cân của d Gan, ta sử dụng mâm chóp để chưng cất hỗn hợp benzen-toluen b. Giới thiệu v`ênguyên liệu : Benzen & Toluen : 7| Benzen: là một hợp chất mạch vòng, ở dạng lỏng không màu và có mùi thơm nhẹ.Công thức phận tử là CH‹s. Benzen không phân cực,vì vậy tan tốt trong các dung môi hữu cơ không phân cực và tan rất ít trong nước.
Trước đây người ta thưởng sử dụng benzen làm dung môi. Tuy nhiên sau đó người ta phát hiện ra rằng n Šng độ benzen trong không khí chỉ cn thấp khoảng 1ppm cũng có khả năng gây ra bệnh bạch cân, nên ngày nay benzen được sử dụng hạn chế hơn Các tính chất vật lí của benzen: o_ Khối lượng phân tir: 78,11 o_ Tỉ trọng(200C): 0.879 o_ Nhiệt độ sôi: SOoC o_ Nhiệt độ nóng chảy: 5,50C Toluen: là một hợp chất mạch vòng,ở dạng lỏng và có tính thơm ,công thức phân tử tương tự như benzen có gắn thêm nhóm —CH;. Không phân cực,do d6 toluen tan tốt trong benzen. Toluen có tính chất dung môi tương tự benzen nhưng độc tính thấp hơn nhi ân, nên ngày nay thường được sử dụng thay benzen làm dung môi trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp.
Các tính chất vật lí của toluen: o_ Khối lượng phân tử : Ø2,13 o_ Tỉ trọng (20°C) : 0,866 o_ Nhiệt độ sôi : 111°C o_ Nhiệt độ nóng chảy : -95°C c. Các phương thức đi âi chế: Đi từ ngu Ân thiên nhiên Thông thưởng các hidrocacbon ít được đi 'âi chế trong phòng thí nghiệm, vì có thể thu được lượng lớn nó bằng phương pháp chưng cất than da, du mo. Đóng vòng và dehiro hóa ankane Các ankane có thể tham gia đóng vòng và dehidro hóa tạo thành hidro cacbon thom ở nhiệt độ cao và có mặt xúc tác như Cr;O›, hay các lim loại chuyển tiếp nhu Pd, Pt CH;(CH2)sCHs CeHe —_ Dehidro hóa các cycloankane Các cycloankane có thể bị dehidro hóa ở nhiệt độ cao với sự có mặt của các xúc tác kim - loại chuyển tiếp tạo thành benzen hay các dẫn xuất cảu benzen C¿H› CøHs Đi từ acetylen Dun acetane trong sự có mặt cảu của xúc tác là than hoạt tính hay phức của niken nhu Ni(CO)[(CeHs)P] sé thu được benzen 3C2H, CeHe Từ benzen ta có thể đi `âi chế được các dẫn xuất của benzen như toluen bang phản ứng Friedel-Crafts (phản ứng ankyl hóa benzen bằng các dẫn xuất ankyl halide với sự có mặt cảu xúc tác AICl: khan CoeHe + CH:- Cl C,H:-CH; d. Hỗn hợp benzen — toluen : Ta có bảng thành ph3n lỏng (x) — hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp Benzen- Toluen ở 760 mmHg.3 | 802 CHUONG II: SO DO NGUYEN LY VA THUYET MINH CHI TIET SO DO NGUYEN LY Hỗn hợp đi tử thùng chứa nguyên liệu được bơm (1) bom lién tuc 1én bf cao vi (2).
Mức chất lỏng cao nhất ở thùng cao vị được khống chế nhờ ống chảy tràn. Từ bồn cao vị, hễn hợp đi qua thiết bị đun sôi dòng nhập liệu (3). Tại đây, dung dịch được gia nhiệt bằng hơi nước bão hòa đến nhiệt độ sôi. Sau đó,dung dịch được đưa vào tháp chưng luyện (5) qua đĩa tiếp liệu.
Tháp chưng luyện g ôn 2 ph %: ph %h tr dia tiếp liệu trở lên trên là đoạn luyện, còn từ đĩa tiếp liệu trở xuống là đoạn chưng. Như vậy, ở trong tháp,pha lỏng đi từ trên xuống tiếp xúc với pha hơi đi từ dưới lên. Hơi bốc từ đĩa dưới lên qua các lễ đĩa trên và tiếp xúc với pha lỏng của dia trên, ngưng tụ một phhn, vì thế n Šng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng tăng dần theo chỉ `âi cao của tháp. Vì n ông độ cấu tử dễ bay hơi trong lỏng tăng nên n ông độ của nó trong hơi do lỏng bốc lên cũng tăng.
Cấu tử dễ bay hơi có nhiệt độ sôi thấp hơn cấu tử khó bay hơi nên khi nông độ của nó tăng nên thì nhiệt độ sôi của dung dịch giảm. Tóm lại, theo chiên cao tháp n ng độ cấu tử dễ bay hơi (cả pha lỏng và pha hơi) tăng dần, nồng độ cấu tử khó bay hơi (cả pha lỏng và pha hơi) giảm d8 và nhiệt độ giảm dần. Cuối cùng ở đỉnh tháp ta sẽ thu được hỗn hợp hơi có thành phần hân hết là cấu tử dễ bay hơi còn ở đáy tháp ta sẽ thu được hỗn hợp lỏng có thành ph`n cấu tử khó bay hơi chiếm tỉ lệ lớn. Để duy trì pha lỏng trong các đĩa trong đoạn luyện, ta bổ sung bằng dòng hổ lưu được ngưng tụ từ hơi đỉnh tháp.
Hơi đỉnh tháp được ngưng tụ nhớ thiết bị ngưng tụ hoàn toàn (6), dung dịch lỏng thu được sau khi ngưng tụ một phn được dẫn tới hổ lưu trở lại đĩa luyện trên cùng để duy trì pha lỏng trong các đĩa đoạn luyện, ph& còn lại được đưa qua thiết bị làm lạnh (7) để đi vào bồn chứa sản phẩm đỉnh (8). Chất lỏng ở đáy tháp được tháo ra ở đáy 10| tháp ,sau đó một phn được đun sôi bằng n 6 dun day thap (10) va h’G hu va day tháp, phẦn chất lỏng còn lại được đưa vào thiết bị làm nguội sản phẩm đáy (16).r đưa vào b ôn chứa sản phẩm đáy (15).