LỜI MỞ ĐẦU Chúng ta đang sống trong thế giới với khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển. Trong ngành công nghệ vật liệu mới không thể không nhắc đến ngành công nghiệp hóa học, bởi công nghệ hoá thuộc lĩnh vực công nghệ đòi hỏi kỹ thuật cao, mức độ phát triển công nghệ này được coi như một chỉ thị về trình độ phát triển của một đất nước. Nhận thấy rõ sự phát triển như vũ bão của ngành công nghệ hóa học, với lối tư duy nhạy bén và sáng tạo, khoa Công nghệ Hóa Trường Đại Học Công Page 5 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá Nghiệp Hà Nội đã đào tạo ra những sinh viên chuyên ngành Hóa. Điều đó không chỉ cung cấp cho đất nước đội ngũ những công nhân lành nghề, thợ kỹ thuật có tay nghề cao mà nó còn mở cơ hội việc làm cho giới trẻ trong lĩnh vực khá mới mẻ này.
Là một sinh viên khoa Công Nghệ Hóa, chúng em được trang bị rất nhiều kiến thức cơ bản về các quá trình thiết bị của công nghệ sản xuất những sản phẩm hóa học. Nhận được bản đồ án này là một cơ hội tốt để chúng em được tìm hiểu về các quá trình công nghệ, được vận dụng những kiến thức đã được học và mở rộng vốn kiến thức của mình, từ đó giúp chúng em có cái nhìn cụ thể hơn về nghành nghề mình đã lựa chọn. Công nghệ hóa học là một ngành giữ vị trí, vai trò quan trọng trong việc sản xuất phục vụ cho nhiều lĩnh vực, cho mọi nghành kinh tế quốc dân, tạo tiền đề cho nhiều ngành phát triển theo. Với nhiều phương pháp sản xuất khác nhau như lắng, lọc, đun nóng, làm nguội, chưng luyện, hấp thụ, hấp phụ, trích ly, sấy khô, đông lạnh…đã tạo ra rất nhiều sản phẩm đa dạng, phong phú đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn của con người.
Đặc biệt được ứng dụng nhiều nhất là chưng luyện, nó được ứng dụng trong nhiều ngành, lĩnh vực, đặc biệt là công nghệ lên men, công nghệ tổng hợp hữu cơ, lọc - hóa dầu, công nghệ sinh học. Vậy chưng cất là gì?quy trình công nghệ của nó như thế nào.ứng dụng của nó ra sao,thiết bị vật sử dụng cho quy trình công nghệ này cần đảm bảo những yêu cầu nào và phải được tính toán ra sao?Vì vậy em xin đi sâu vào nghiên cứu về quá trình công nghệ và vận hành quy trình công nghệ của quá trình chưng luyện tháp chóp để phân tách hai hỗn hợp axeton và axit axetic Chưng là phương pháp dùng để tách hỗn hợp khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào nhiệt độ sôi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp. Khi chưng thu được nhiều sản phẩm và thường có bao nhiêu cấu tử thì có bấy nhiêu sản phẩm. Riêng đối với phương pháp chưng luyện hai cấu tử thì sản phẩm đỉnh gồm chủ yếu là cấu tử dễ bay hơi còn sản phẩm đáy là cấu tử khó bay hơi.
Trong sản xuất ta thường gặp các phương pháp chưng khác nhau như: chưng đơn giản, chưng bằng hơi nước trực tiếp, chưng chân không và đặc biệt hơn là chưng luyện. Page 6 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá Chưng luyện là phương pháp thông dụng dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan một phần hoặc hòa tan hoàn toàn vào nhau. Chưng luyện ở áp suất thấp dùng cho các hỗn hợp dễ bị phân hủy nhiệt ở nhiệt độ cao, các cấu tử dễ bay hơi và ngược lại. ỨNG DỤNG Tách dầu mỏ tài nguyên khai thác dưới dạng lỏng Tách các hỗn hợp khí đã hóa lỏng Tách hỗn hợp chất hữu cơ trong tổng hợp hữu cơ.
Trong công nghệ sinh học, thực phẩm, các quá trình lênmen sản xuất các sản phẩm như: rượu, bia, nước ngọt… Vì thế, đề tài ” Thiết kế hệ thống chưng cất Aceton –Acid Acetic “ của môn “Đồ Môn Học Quá Trình Thiết Bị” cũng là một bước giúp cho sinh viên tập luyện và chuẩn bị cho việc thiết kế quá trình và thiết bị công nghệ trong lĩnh vực này.Để hoàn thành đồ án này , thực sự em đã cố gắng rất nhiều. Song , vì đây là bước đầu làm quen với công tác thiết kế nên chắc hẳn không tránh khỏi những sai sót Cuối cùng , em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Quá Trình Thiết Bị , đặc biệt là thầy Nguyễn Thế Hữu , người đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em rất nhiều trong suốt thời gian thực hiện đồ án thiết kế. GIỚI THIỆU CHUNG I. GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG: Aceton và acid acetic là hai loại hoá chất quan trọng trong nghành công nghiệp hóa chất.
Aceton: Aceton có công thức phân tử: CH3 –CO-CH3,khối lượng phân tử:58 đvC. Là chất lỏng không màu,có mùi đặc trưng,tan nhiều trong nước. * Một số thông số vật lý của axeton: Page 7 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá -Nhiệt độ sôi:56,1o -Nhiệt độ nóng chảy:-94,6o C -Nhiệt dung riêng(Cp):22Kcal/mol(chuẩn ở 1020 C) -Độ nhớt ():0,316 cp(ở 25o C) - Nhiệt trị : 0.5176 cal/g ( ở 200 C) Axeton là một dung môi tốt cho nhiều chất hữu cơ aceton làm dung môi tốt đối với các nitro xeluloza, acetyl xenluloza. Nó ít độc nên được dùng làm dung môi cả trong công nghiệp dược phẩm và thực phẩm.,nó được sử dụng để tổng hợp nhiều chất hưu cơ phần lớn được dùng làm dung môi nhất là trong công nghiệp sản xuất nhựa, vecni, chất dẻo và nhiều sản phẩm tiêu dùng * Tính chất hóa học đặc trưng của axeton: Phản ứng chính của axeton chủ yếu vào nhóm cacbonyl(-CO-), ngoài ra còn có phản ứng thế vào nhóm -CH3.
Dưới đây là một số ví dụ cụ thể: -phản ứng ở nhóm –CO- : Axeton rất nghèo phản ứng, Xeton có phản ứng khử giống andehit nhưng tạo ra ancol bậc II: CH3-CO-CH3 + H2 --> CH3-CH(OH)-CH3 Xeton khó bị oxi hóa vì các gốc hidrocacbon đã cản trở không gian.Tuy nhiên nó có thể bị oxi hóa bởi dung dich thuốc tím đun nóng với axit sunfuric tạo ra hỗn hợp các axit cacboxylic. Phản ứng ở gốc hidrocacbon: CH3-CO-CH3 + Br2 --> CH3-CO-CH2Br + HBr. Lưu ý:Phản ứng trên xảy ra khi dùng brom khan và có xúc tác axit axetic đun nóng * Các phương pháp điều chế axeton: 1-oxi hóa hidrocacbon:khi đốt cháy chậm n-ankan ở pha khí ta có thể thu được axeton 2-oxi hóa ancol:đây là phương pháp quan trọng nhất để điều chế hợp chất cacbonyl VD: CH3-CH(OH)-CH3 → CH3 –CO-CH3 +H2O Propal-2-ol Axeton Page 8 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá 3-oxi hóa cumen(chỉ riêng đối với của axeton) C6H5-CH(CH3)2 +O2 → CH3 –CO-CH3 +C6H5-OH 2. Axit axetic: Axit axetic là chất lỏng,không mầu,có mùi thơm chua,nó kết tinh ở 160 C,sôi ở 1180C.Một số thông số vật lý của axit axetic: Khối lượng phân tử : 60 g / mol Khối lượng riêng d4200 c : 1,049 *Tính chất hóa học đặc trưng của axit axetic: -Tính axit:Do trong phân tử axit axetic có nhóm –COOH có nguyên tử H thể hiện tính axit.
CH3COOH có Ka=4,75,vì có tính axit nên nó có thể phản ứng với một số kim loại,oxit kim loại và kiềm: 2CH3COOH +2Na→2CH3COONa+H2 2CH3COOH +Mg → (CH3COO)2Mg+H2O CH3COOH +NaOH→CH3COONa+H2O Phản ứng tạo este: CH3COOH +R-OH →CH3COO-R+ H2O Ví dụ: CH3COOH +C2H5-OH →CH3COO- C2H5+ H2O *Các phương pháp điều chế: -Oxi hóa hidrocacbon no: -Oxi hóa anken thành hỗn hợp axit: -Các ancol,andehit,xeton khi bị oxi hóa tạo ra hỗn hợp axit: Ứng dụng: Acid acetic: là một loại acid quan trọng nhất trong các loại acid hữu cơ. Nó rẻ nên được ứng dụng rộng rãi và là hoá chất cơ bản để điều chế nhiều hợp chất quan trọng. Acid acetic được ứng dụng trong các nghành : + Làm dấm ăn. + Đánh đông mủ cao su + Làm chất dẻo tơ lụa xeluloza acetat.
+ Làm phim ảnh không nhạy lửa. + Làm chất kết dính polyvinyl acetat. + Làm phẩm màu, dược phẩm, nước hoa tổng hợp. Page 9 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá II.
Chú thích các kí hiệu trong qui trình: Page 10 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá 6079,164 Trong đó: 1- Thùng chứa hỗn hợp đầu 2- Bơm 6- Thiết bị ngưng tụ hồi lưu 7- Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh 3- Thùng cao vị 8- Thùng chứa sản phẩm đỉnh 4- Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 9- Thiết bị gia nhiệt đáy tháp 5- Tháp chưng luyện 10- Thùng chứa sản phẩm đáy 11- Lưu lượng kế Page 11 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá 2. Thuyết minh dây chuyền sản xuất: Dung dịch đầu ở thùng (1) được bơm (2) bơm liên tục lên thùng cao vị (3), mức chất lỏng cao nhất ở thùng cao vị được khống chế nhờ ống chảy tràn, từ thùng cao vị dung dịch được đưa vào thiết bị đun nóng (4) qua lưu lượng kế (11), ở đây dung dịch được đun nóng đến nhiệt độ sôi bằng hơi nước bão hoà, từ thiết bị gia nhiệt (4) dung dịch được đưa vào tháp chưng luyện (5) nhờ đĩa tiếp liệu, trong tháp hơi đi từ dưới lên gặp chất nỏng đi từ trên xuống, nhiệt độ và nồng độ các cấu tử thay đổi theo chiều cao của tháp. Vì vậy hơi từ đĩa phía dưới lên đĩa phía trên, các cấu tử có nhiệt độ sôi cao (CH3COOH) sẽ được ngưng tụ lại và cuối cùng trên đỉnh ta thu được hỗn hợp gồm hầu hết các cấu tử dễ bay hơi (CH3COCH3). Hơi đó đi vào thiết bị ngưng tụ hồi lưu (6), ở đây nó được ngưng tụ lại.
Một phần chất lỏng đi qua thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết rồi đi vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (8), một phần khác hồi lưu về tháp ở đĩa trên cùng. Chất lỏng đi từ trên xuống gặp hơi có nhiệt độ cao hơn, một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp được bốc hơi và do đó nồng độ cấu tử khó bay hơi trong chất lỏng ngày càng tăng và cuối cùng ở đáy tháp ta thu dược hỗn hợp lỏng gồm hầu hết là cấu tử khó bay hơi. Chất lỏng đi ra khỏi tháp được làm lạnh rồi đi vào thùng chứa sản phẩm đáy (10). Như vậy với thiết bị làm việc liên tục thì hỗn hợp đầu được đưa vào liên tục và sản phẩm cũng được tháo ra liên tục.
-Tháp chóp Ưu điểm : hiệu suất truyền khối cao , ổn định , ít tiêu hao năng lượng hơn nên có số mâm ít hơn Nhược điểm : chế tạo phức tạp , trở lực lớn 3. Các kí hiệu trước khi tính: Page 12 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá Giả thiết + Số mol pha hơi đi từ dưới lên là bằng nhau trong tất cả mọi tiết diện của tháp.