Chöng luyeän Nöôùc – Axit axetic
GVHD: Nguyeãn Vaên Luïc
LÔØI MÔÛ ÑAÀU
Khoa hoïc kyõ thuaät ngaøy caøng phaùt trieån vaø cuøng vôùi noù laø nhu
caàu ngaøy caøng cao veà ñoä tinh khieát cuûa caùc saûn phaåm. Vì theá, caùc
phöông phaùp naâng cao ñoä tinh khieát luoân luoân ñöôïc caûi tieán vaø ñoåi
môùi ñeå ngaøy caøng hoaøn thieän hôn, nhö laø: coâ ñaëc, haáp thuï, chöng
caát, trích ly,… Tuøy theo ñaëc tính yeâu caàu cuûa saûn phaåm maø ta coù söï
löïa choïn phöông phaùp phuø hôïp. Ñoái vôùi heä Nöôùc – Axit axetic laø 2
caáu töû tan laãn hoaøn toaøn, ta phaûi duøng phöông phaùp chöng caát ñeå
naâng cao ñoä tinh khieát.
Ñoà aùn moân hoïc Quaù trình vaø Thieát bò laø moät moân hoïc mang tính
toång hôïp trong quaù trình hoïc taäp cuûa caùc kyõ sö Coâng ngheä Hoùa hoïc
töông lai. Moân hoïc giuùp sinh vieân giaûi quyeát nhieäm vuï tính toaùn cuï
theå veà: quy trình coâng ngheâä, keát caáu, giaù thaønh cuûa moät thieát bò
trong saûn xuaát hoùa chaát - thöïc phaåm. Ñaây laø böôùc ñaàu tieân ñeå sinh
vieân vaän duïng nhöõng kieán thöùc ñaõ hoïc cuûa nhieàu moân hoïc vaøo giaûi
quyeát nhöõng vaán ñeà kyõ thuaät thöïc teá moät caùch toång hôïp.
Nhieäm vuï cuûa Ñoà aùn naøy laø thieát keá heä thoáng chöng caát Nöôùc –
Axit axetic coù naêng suaát laø 3000 kg/h, noàng ñoä nhaäp lieäu laø 30%
khoái löôïng, noàng ñoä saûn phaåm ñænh laø 95,5% khoái löôïng, noàng ñoä
saûn phaåm ñaùy laø 0,5% khoái löôïng. Söû duïng hôi ñoát coù aùp suaát 2,5at.
Trang 1
Chöng luyeän Nöôùc – Axit axetic
GVHD: Nguyeãn Vaên Luïc
Chöông 1
GIÔÙI THIEÄU
I.
LYÙ THUYEÁT VEÀ CHÖNG CAÁT :
1. Khaùi nieäm:
Chöng caát laø quaù trình duøng ñeå taùch caùc caáu töû cuûa moät hoãn hôïp loûng cuõng nhö hoãn
hôïp khí loûng thaønh caùc caáu töû rieâng bieät döïa vaøo ñoä bay hôi khaùc nhau cuûa caùc caáu töû
trong hoãn hôïp (nghóa laø khi ôû cuøng moät nhieät ñoä, aùp suaát hôi baõo hoøa cuûa caùc caáu töû khaùc
nhau).
Thay vì ñöa vaøo trong hoãn hôïp moät pha môùi ñeå taïo neân söï tieáp xuùc giöõa hai pha nhö
trong quaù trình haáp thu hoaëc nhaû khí, trong quaù trình chöng caát pha môùi ñöôïc taïo neân baèng
söï boác hôi hoaëc ngöng tuï.
Trong tröôøng hôïp ñôn giaûn nhaát, chöng caát vaø coâ ñaëc khoâng khaùc gì nhau, tuy nhieân
giöõa hai quaù trình naøy coù moät ranh giôùi cô baûn laø trong quaù trình chöng caát dung moâi vaø
chaát tan ñeàu bay hôi (nghóa laø caùc caáu töû ñeàu hieän dieän trong caû hai pha nhöng vôùi tyû leä
khaùc nhau), coøn trong quaù trình coâ ñaëc thì chæ coù dung moâi bay hôi coøn chaát tan khoâng bay
hôi.
Khi chöng caát ta thu ñöôïc nhieàu caáu töû vaø thöôøng thì bao nhieâu caáu töû seõ thu ñöôïc baáy
nhieâu saûn phaåm. Neáu xeùt heä ñôn giaûn chæ coù 2 caáu töû thì ta thu ñöôïc 2 saûn phaåm:
Saûn phaåm ñænh chuû yeáu goàm caáu töû coù ñoä bay hôi lôùn vaø moät phaàn raát ít caùc caáu töû
coù ñoä bay hôi beù.
Saûn phaåm ñaùy chuû yeáu goàm caáu töû coù ñoä bay hôi beù vaø moät phaàn raát ít caáu töû coù ñoä
bay hôi lôùn.
Ñoái vôùi heä Nöôùc – Axit axetic thì:
Saûn phaåm ñænh chuû yeáu laø nöôùc.
Saûn phaåm ñaùy chuû yeáu laø axit axetic.
2. Caùc phöông phaùp chöng caát:
2.1. Phaân loaïi theo aùp suaát laøm vieäc:
- AÙp suaát thaáp
- AÙp suaát thöôøng
- AÙp suaát cao
2.2. Phaân loaïi theo nguyeân lyù laøm vieäc:
- Chöng caát ñôn giaûn
- Chöng baèng hôi nöôùc tröïc tieáp
- Chöng caát
2.3. Phaân loaïi theo phöông phaùp caáp nhieät ôû ñaùy thaùp :
- Caáp nhieät tröïc tieáp
- Caáp nhieät giaùn tieáp
Trang 2
Chöng luyeän Nöôùc – Axit axetic
GVHD: Nguyeãn Vaên Luïc
Vaäy: ñoái vôùi heä Nöôùc – Axit axetic, ta choïn phöông phaùp chöng caát lieân tuïc caáp nhieät
giaùn tieáp baèng noài ñun ôû aùp suaát thöôøng.
3. Thieát bò chöng caát:
Trong saûn xuaát thöôøng duøng nhieàu loaïi thieát bò khaùc nhau ñeå tieán haønh chöng caát. Tuy
nhieân yeâu caàu cô baûn chung cuûa caùc thieát bò vaãn gioáng nhau nghóa laø dieän tích beà maët tieáp
xuùc pha phaûi lôùn, ñieàu naøy phuï thuoäc vaøo möùc ñoä phaân taùn cuûa moät löu chaát naøy vaøo löu
chaát kia. Neáu pha khí phaân taùn vaøo pha loûng ta coù caùc loaïi thaùp maâm, neáu pha loûng phaân
taùn vaøo pha khí ta coù thaùp cheâm, thaùp phun,… ÔÛ ñaây ta khaûo saùt 2 loaïi thöôøng duøng laø thaùp
maâm vaø thaùp cheâm.
Thaùp maâm: thaân thaùp hình truï, thaúng ñöùng phía trong coù gaén caùc maâm coù caáu taïo
khaùc nhau, treân ñoù pha loûng vaø pha hôi ñöôïc cho tieáp xuùc vôùi nhau. Tuøy theo caáu
taïo cuûa ñóa, ta coù:
- Thaùp maâm choùp : treân maâm boá trí coù choùp daïng troøn, xupap, chöõ s…
- Thaùp maâm xuyeân loã: treân maâm coù nhieàu loã hay raõnh
Thaùp cheâm (thaùp ñeäm): thaùp hình truï, goàm nhieàu baäc noái vôùi nhau baèng maët bích
hay haøn. Vaät cheâm ñöôïc cho vaøo thaùp theo moät trong hai phöông phaùp: xeáp ngaãu
nhieân hay xeáp thöù töï.
So saùnh öu nhöôïc ñieåm cuûa caùc loaïi thaùp:
Öu
ñieåm
Nhöôïc
ñieåm
Thaùp cheâm
- Caáu taïo khaù ñôn giaûn.
- Trôû löïc thaáp.
- Laøm vieäc ñöôïc vôùi chaát loûng
baån neáu duøng ñeäm caàu coù
cuûa chaát loûng.
- Do coù hieäu öùng thaønh hieäu
suaát truyeàn khoái thaáp.
- Ñoä oån ñònh khoâng cao, khoù vaän
haønh.
- Do coù hieäu öùng thaønh khi
taêng naêng suaát thì hieäu öùng thaønh
taêng khoù taêng naêng suaát.
- Thieát bò khaù naëng neà.
Thaùp maâm xuyeân loã
- Trôû löïc töông ñoái thaáp.
- Hieäu suaát khaù cao.
Thaùp maâm choùp
- Khaù oån ñònh.
- Hieäu suaát cao.
- Khoâng laøm vieäc ñöôïc
vôùi chaát loûng baån.
- Keát caáu khaù phöùc taïp.
- Coù trôû löïc lôùn.
- Tieâu toán nhieàu
vaät tö, keát caáu
phöùc taïp.
Vaäy: ta söû duïng thaùp maâm xuyeân loã ñeå chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic.
Trang 3
Chöng luyeän Nöôùc – Axit axetic
II.
GVHD: Nguyeãn Vaên Luïc
GIÔÙI THIEÄU SÔ BOÄ VEÀ NGUYEÂN LIEÄU :
1. Axit axetic:
1.1. Tính chaát:
Axit axetic noùng chaûy ôû 16,6oC, ñieåm soâi 118oC, hoãn hôïp trong nöôùc vôùi moïi tyû leä.
Trong quaù trình hoãn hôïp vôùi nöôùc coù söï co theå tích, vôùi tyû troïng cöïc ñaïi, chöùa 73% axit
axetic (D : 1,078 vaø 1,0553 ñoái vôùi axit thuaàn khieát).
Ngöôøi ta khoâng theå suy ra ñöôïc haøm löôïng axit axetic trong nöôùc töø tyû troïng cuûa noù,
ngoaïi tröø ñoái vôùi caùc haøm löôïng döôùi 43%.
Tính aên moøn kim loaïi:
Axit axetic aên moøn saét.
Nhoâm bò aên moøn bôûi axit loaõng, noù ñeà khaùng toát ñoái vôùi axit axetic ñaëc vaø thuaàn
khieát. Ñoàng vaø chì bò aên moøn bôûi axit axetic vôùi söï hieän dieän cuûa khoâng khí.
Thieác vaø moät soá loaïi theùp nikel – crom ñeà khaùng toát ñoái vôùi axit axetic.
Axit axetic thuaàn khieát coøn goïi laø axit glaxial bôûi vì noù deã daøng ñoâng ñaëc keát tinh nhö
nöôùc ñaù ôû döôùi 17oC, ñöôùc ñieàu cheá chuû yeáu baèng söï oxy hoùa ñoái vôùi andehit axetic.
Khoâng maøu saéc, vò chua, tan trong nöôùc vaø coàn etylic.
1.2. Ñieàu cheá:
Axit axetic ñöôïc ñieàu cheá baèng caùch:
1) Oxy hoùa coù xuùc taùc ñoái vôùi coàn etylic ñeå bieán thaønh andehit axetic, laø moät giai ñoaïn
trung gian. Söï oxy hoùa keùo daøi seõ tieáp tuïc oxy hoùa andehit axetic thaønh axit axetic.
CH3CHO + ½ O2 = CH3COOH
C2H5OH + O2 = CH3COOH + H2O
2) Oxy hoùa andehit axetic ñöôïc taïo thaønh baèng caùch toång hôïp töø acetylen.
Söï oxy hoùa andehit ñöôïc tieán haønh baèng khí trôøi vôùi söï hieän dieän cuûa coban axetat.
Ngöôøi ta thao taùc trong andehit axetic ôû nhieät ñoä gaàn 80 oC ñeå ngaên chaën söï hình thaønh
peroxit. Hieäu suaát ñaït 95 – 98% so vôùi lyù thuyeát. Ngöôøi ta ñaït ñöôïc nhö theá raát deã daøng
sau khi cheá axit axetic keát tinh ñöôïc.
axetat ôû 80 C
CH3COOH
CH3CHO + ½ O2 Coban
3) Toång hôïp ñi töø coàn metylic vaø Cacbon oxit.
Hieäu suaát coù theå ñaït 50 – 60% so vôùi lyù thuyeát baèng caùch coá ñònh cacbon oxit treân coàn
metylic qua xuùc taùc.
Nhieät ñoä töø 200 – 500oC, aùp suaát 100 – 200atm:
CH3OH + CO CH3COOH
vôùi söï hieän dieän cuûa metaphotphit hoaëc photpho – vonframat kim loaïi 2 vaø 3 hoùa trò
(chaúng haïn saét, coban).
o
1.3. ÖÙng duïng:
Axit axetic laø moät axit quan troïng nhaát trong caùc loaïi axit höõu cô. Axit axetic tìm ñöôïc
raát nhieàu öùng duïng vì noù laø loaïi axit höõu cô reû tieàn nhaát. Noù ñöôïc duøng ñeå cheá taïo raát
nhieàu hôïp chaát vaø ester. Nguoàn tieâu thuï chuû yeáu cuûa axit axetic laø:
Trang 4
Chöng luyeän Nöôùc – Axit axetic
GVHD: Nguyeãn Vaên Luïc
Laøm daám aên (daám aên chöùa 4,5% axit axetic).
Laøm ñoâng ñaëc nhöïa muû cao su.
Laøm chaát deûo tô sôïi xenluloza axetat – laøm phim aûnh khoâng nhaïy löûa.
Laøm chaát nhöïa keát dính polyvinyl axetat.
Laøm caùc phaåm maøu, döôïc phaåm, nöôùc hoa toång hôïp.
Axetat nhoâm duøng laøm chaát caén maøu (mordant trong ngheà nhuoäm)
Phaàn lôùn caùc ester axetat ñeàu laø caùc dung moâi, thí duï: izoamyl axetat hoøa tan ñöôïc
nhieàu loaïi nhöïa xenluloza.
2. Nöôùc:
Trong ñieàu kieän bình thöôøng: nöôùc laø chaát loûng khoâng maøu, khoâng muøi, khoâng vò
nhöng khoái nöôùc daøy seõ coù maøu xanh nhaït.
Khi hoùa raén noù coù theå toàn taïi ôû daïng 5 daïng tinh theå khaùc nhau.
Tính chaát vaät lyù:
Khoái löôïng phaân töû
: 18 g / mol
0
Khoái löôïng rieâng d4 c : 1 g / ml
Nhieät ñoä noùng chaûy
: 00C
Nhieät ñoä soâi
: 1000 C
Nöôùc laø hôïp chaát chieám phaàn lôùn treân traùi ñaát (3/4 dieän tích traùi ñaát laø nöôùc bieån) vaø
raát caàn thieát cho söï soáng.
Nöôùc laø dung moâi phaân cöïc maïnh, coù khaû naêng hoaø tan nhieàu chaát vaø laø dung moâi raát
quan troïng trong kyõ thuaät hoùa hoïc.
Chöông 2
QUY TRÌNH COÂNG NGHEÄ
Chuù thích caùc kí hieäu trong qui trình:
1. Boàn chöùa nguyeân lieäu.
2. Bôm.
3. Boàn cao vò.
4. Thieát bò trao ñoåi nhieät vôùi saûn phaåm ñænh.
5. Thieát bò ñun soâi doøng nhaäp lieäu.
6. Baåy hôi.
7. Löu löôïng keá.
8. Nhieät keá.
9. Thaùp chöng caát.
10. Thieát bò ngöng tuï saûn phaåm ñænh.
11. AÙp keá.
12. Thieát bò ñun soâi ñaùy thaùp.
13. Thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñaùy.
14. Boàn chöùa saûn phaåm ñaùy.
Trang 5
Chöng luyeän Nöôùc – Axit axetic
GVHD: Nguyeãn Vaên Luïc
15. Boàn chöùa saûn phaåm ñænh.
Trang 6
Chöng luyeän Nöôùc – Axit axetic
GVHD: Nguyeãn Vaên Luïc
1
2
3
404
1408
1017
5
4
50
6
1933
20
400
3
20
5600
I
A- A
TL 1:10
II
8
7
3
9
7
I
T L 4:1
3
10
10
4
M10x25
11
5
M24x100
35
4
T
III
4
3
V 50 x 50
5
9
II
TL 1:1
12
III
TL 1 :2
8
15
6
T
M20x45
7
A
180
330
400
12500
13
11
T P
3
10
5
TL 1:5
15
14
T
4
225
7
400
225
260
16
10
160
20
11
TL 1 :10
25
460
250
T
10
16
10
190
6
25
170
9
8
15
8
10
320
5
2
1
12
16
16
TL 1:10
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
STT
Chaân ñôõ
Ña ùy thie át bò
OÁn g da ãn lo ûng r a
OÁn g da ãn hô i va øo
OÁn g da ãn nh aäp lieäu
Tai tre o
Bích n oái th aân
Maùng chaûy chu yeàn
Maâm x uyeân loã
Gôø chaûy tr aøn
Thaâ nt hieát bò
Kính q uan sa ùt
OÁn g h oaøn löu
Bích noái naép (ñ aùy) va ø thaân
Na ép thie át bò
OÁn g da ãn hô i ra
TEÂN GOÏI
CT3
X1 8H1 0T
X1 8H1 0T
X1 8H1 0T
X18H10T
CT3
X18H10T
X1 8H1 0T
X1 8H1 0T
X18H10T
X18H10T
Thuûy tinh
X18H10T
X18H10T
X18H10T
X18H10T
4
1
1
1
1
4
14
71
71
71
1
2
1
2
1
1
VAÄT LIEÄU
SL
13
14
GHI CHUÙ
Tr öôøng Ñaïi h oïc B aùch Khoa Tp. Hoà Chí Minh
Kh oa Coâng ngh eä Hoùa h oïc
B OÄ MOÂ N MAÙY VAØ THIEÁT BÒ
200
THIEÁT KEÁ HE Ä THOÁ NG CHÖN G CAÁ T N ÖÔÙC - AX IT AXETIC
D UØNG TH AÙP MAÂM XUY EÂN LOÃ
S VT H
Ng uy eãn T. Hi eàn Lö ông
GV HD
Ng uy eãn V aên Lu ïc
CN BM
Vuõ Baù Min h
Chö ùc n aêng
H oï teân
T æ l eä
BAÛN VEÕ LAÉP ÑAËT
Ch öõ kyù
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
B oàn chöùa saûn p haåm ñ ænh
B oàn chöùa saûn p haåm ñaùy
Th ieát bò laøm nguo äi saûn phaåm ñaùy
Th ieá t b ò ñun soâi ñaùy thaùp
AÙp k eá
Th ieá t b ò ngön g tuï sa ûn phaåm ñænh
Th aùp chöng caát
Nhieät k eá
Lö u löôïng ke á
B aåy hôi
Th ieá t b ò ñun soâi do øng nha äplieäu
TB trao ñoåi nh ieä t vôùi sa ûn phaåm ñænh
B oàn cao vò
B ôm
B oàn ch öùa ng uyeân lie äu
STT
Ño à aùn moân h oïc Quaù trìn h va ø Th ieát b ò :
Baûn ve õ so á
1:1 0
25 / 0 6/0 5
Nga øy BV
28 / 0 6/0 5
2
1
12
13
14
Trang 7
TEÂN GOÏI
ÑAËC TÍ NH KYÕ THUAÄT
SL
GHI CHUÙ
Trö ôøng Ñaï i hoïc Baùc h Kh oa Tp . Ho à Chí Minh
Kho aCo âng nghe ä Hoùa h oïc
BOÄ MOÂN MAÙY VAØ THI EÁT BÒ
Ñoà a ùn moân hoïc Quaù trình vaø Th ieát bò :
THIEÁT KEÁ HEÄ THOÁNG CHÖNG CAÁT NÖ ÔÙC - AXIT AXETIC
D UØNG TH AÙP MAÂM XUY EÂN LOÃ
2/ 2
Nga øy HT
SV T H
N gu ye ãn T. Hie àn Löô ng
G VHD
Ng uye ãn V aên Lu ïc
C NB M
V uõB aù M in h
Chö ùc n aêng
11
T P
H o ï teân
T æ l eä
QU Y TRÌN H COÂN G NGHEÄ
C h öõk yù
B aûn ve õ soá
1/2
N gaøy H T
25 /06 /0 5
N gaøy BV
28 /06 /0 5
Chöng luyeän Nöôùc – Axit axetic
GVHD: Nguyeãn Vaên Luïc
Hoãn hôïp Nöôùc – Axit axetic coù noàng ñoä nöôùc 30% (theo phaàn khoái löôïng), nhieät ñoä
khoaûng 270C taïi bình chöùa nguyeân lieäu (1) ñöôïc bôm (2) bôm leân boàn cao vò (3). Töø ñoù
ñöôïc ñöa ñeán thieát bò trao ñoåi nhieät vôùi saûn phaåm ñænh (4). Sau ñoù, hoãn hôïp ñöôïc gia nhieät
ñeán nhieät ñoä soâi trong thieát bò ñun soâi doøng nhaäp lieäu (5), roài ñöôïc ñöa vaøo thaùp chöng caát
(9) ôû ñóa nhaäp lieäu.
Treân ñóa nhaäp lieäu, chaát loûng ñöôïc troän vôùi phaàn loûng töø ñoaïn luyeän cuûa thaùp chaûy
xuoáng. Trong thaùp, hôi ñi töø döôùi leân gaëp chaát loûng töø treân xuoáng. ÔÛ ñaây, coù söï tieáp xuùc vaø
trao ñoåi giöõa hai pha vôùi nhau. Pha loûng chuyeån ñoäng trong phaàn chöng caøng xuoáng döôùi
caøng giaûm noàng ñoä caùc caáu töû deã bay hôi vì ñaõ bò pha hôi taïo neân töø noài ñun (12) loâi cuoán
caáu töû deã bay hôi. Nhieät ñoä caøng leân treân caøng thaáp, neân khi hôi ñi qua caùc ñóa töø döôùi leân
thì caáu töû coù nhieät ñoä soâi cao laø axit axetic seõ ngöng tuï laïi, cuoái cuøng treân ñænh thaùp ta thu
ñöôïc hoãn hôïp coù caáu töû nöôùc chieám nhieàu nhaát (coù noàng ñoä 95,5% phaàn khoái löôïng). Hôi
naøy ñi vaøo thieát bò ngöng tuï (10) vaø ñöôïc ngöng tuï hoaøn toaøn. Moät phaàn chaát loûng ngöng
tuï ñöôïc trao ñoåi nhieät vôùi doøng nhaäp lieäu trong thieát bò (4) (sau khi qua boàn cao vò). Phaàn
coøn laïi cuûa chaát loûng ngöng tuï ñöôïc hoaøn löu veà thaùp ôû ñóa treân cuøng. Moät phaàn caáu töû coù
nhieät ñoä soâi thaáp ñöôïc boác hôi, coøn laïi caáu töû coù nhieät ñoä soâi cao trong chaát loûng ngaøy
caøng taêng. Cuoái cuøng, ôû ñaùy thaùp ta thu ñöôïc hoãn hôïp loûng haàu heát laø caùc caáu töû khoù bay
hôi (axit axetic). Hoãn hôïp loûng ôû ñaùy coù noàng ñoä nöôùc laø 0,5% phaàn khoái löôïng, coøn laïi laø
axit axetic. Dung dòch loûng ôû ñaùy ñi ra khoûi thaùp vaøo noài ñun (12). Trong noài ñun dung
dòch loûng moät phaàn seõ boác hôi cung caáp laïi cho thaùp ñeå tieáp tuïc laøm vieäc, phaàn coøn laïi ra
khoûi noài ñun ñi qua thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñaùy (13), ñöôïc laøm nguoäi ñeán 35 0C , roài
ñöôïc ñöa qua boàn chöùa saûn phaåm ñaùy (14).
Heä thoáng laøm vieäc lieân tuïc cho ra saûn phaåm ñænh laø nöôùc, sau khi trao ñoåi nhieät vôùi
doøng nhaäp lieäu coù nhieät ñoä 35oC vaø ñöôïc thaûi boû. Saûn phaåm ñaùy laø axit axetic ñöôïc giöõ laïi.
Trang 8
Chöng luyeän Nöôùc – Axit axetic
GVHD: Nguyeãn Vaên Luïc
Chöông 3
CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT
I.
CAÙC THOÂNG SOÁ BAN ÑAÀU :
Choïn loaïi thaùp laø thaùp maâm xuyeân loã.
Khi chöng luyeän dung dòch axit axetic thì caáu töû deã bay hôi laø nöôùc.
Axit axetic : CH 3 COOH M A 60 (g / mol)
Nöôùc : H 2 O M N 18 (g / mol)
Hoãn hôïp:
Naêng suaát nhaäp lieäu: GF = 3000 (kg/h)
Noàng ñoä nhaäp lieäu: xF = 30% (kg nöôùc/ kg hoãn hôïp)
Noàng ñoä saûn phaåm ñænh: xD = 95,5% (kg nöôùc/ kg hoãn hôïp)
Noàng ñoä saûn phaåm ñaùy: xW = 0,5% (kg nöôùc/ kg hoãn hôïp)
AÙp suaát hôi ñoát: Ph = 2,5at
Choïn:
Nhieät ñoä nhaäp lieäu: tFV = 27oC
Nhieät ñoä saûn phaåm ñaùy sau khi laøm nguoäi: tWR = 35oC
Nhieät ñoä doøng nöôùc laïnh ñi vaøo: tV = 27oC
Nhieät ñoä doøng nöôùc laïnh ñi ra: tR = 43oC
Traïng thaùi nhaäp lieäu laø traïng thaùi loûng soâi.
Caùc kyù hieäu:
GF, F: suaát löôïng nhaäp lieäu tính theo kg/h, kmol/h.
GD, D: suaát löôïng saûn phaåm ñænh tính theo kg/h, kmol/h.
GW, W: suaát löôïng saûn phaåm ñaùy tính theo kg/h, kmol/h.
xi, xi : noàng ñoä phaàn mol, phaàn khoái löôïng cuûa caáu töû i.
II.
XAÙC ÑÒNH SUAÁT LÖÔÏNG SAÛN PHAÅM ÑÆNH vaø SAÛN PHAÅM
ÑAÙY THU ÑÖÔÏC :
G F G D G W
Ñun giaùn tieáp :
G F x F G D x D G W x W
GW
GF
GD
xD xW xF xW xD xF
Neân : GD =
xF xW
30 0,5
GF
3000 931,579 (kg/h)
xD xW
95,5 0,5
Vaø: GW = GF – GD = 3000 – 931,579 = 2068,421 (kg/h)
Trang 9
Chöng luyeän Nöôùc – Axit axetic
GVHD: Nguyeãn Vaên Luïc
III. XAÙC ÑÒNH TÆ SOÁ HOAØN LÖU LAØM VIEÄC :
1. Noàng ñoä phaàn mol:
xF
0,3
MN
18
xF
0,588 (mol nöôùc/ mol hoãn hôïp)
x F 1 x F 0,3 1 0,3
18
60
MN MA
xW
0,005
MN
18
xW
0,016 (mol nöôùc/ mol hoãn hôïp)
x W 1 x W 0,005 1 0,005
18
60
MN
MA
xD
0,955
MN
18
xD
0,986 (mol nöôùc/ mol hoãn hôïp)
x D 1 x D 0,955 1 0,955
18
60
MN
MA
2. Suaát löôïng mol töông ñoái cuûa doøng nhaäp lieäu:
f
x D x W 0,98606 0,01647
= 1,696
x F x W 0,58824 0,01647
3. Tæ soá hoaøn löu laøm vieäc:
Trang 10
Chöng luyeän Nöôùc – Axit axetic
GVHD: Nguyeãn Vaên Luïc
1
0,9
0,8
yF*
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
xF
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
Hình 1: Ñoà thò caân baèng pha cuûa heä Nöôùc – Axit axetic
Döïa vaøo hình 1 yF* = 0,705
x D y *F 0,98606 0,705
R
Tæ soá hoaøn löu toái thieåu: min
= 2,407
y *F x F 0,705 0,58824
Tæ soá hoaøn löu laøm vieäc: R = 1,3Rmin + 0,3 = 3,429
IV.
XAÙC ÑÒNH SUAÁT LÖÔÏNG MOL CUÛA CAÙC DOØNG PHA :
Coi löu löôïng mol cuûa caùc doøng pha ñi trong moãi ñoaïn thaùp (chöng vaø luyeän) laø khoâng
ñoåi.
1. Taïi ñænh thaùp:
nHD
L
nHD
L
Vì taïi ñænh thaùp noàng ñoä phaàn mol cuûa nöôùc trong pha loûng vaø pha hôi baèng nhau.
Khoái löôïng cuûa pha hôi vaø pha loûng taïi ñænh thaùp laø baèng nhau:
MHD = MLD = xD. MN + (1 – xD). MA = 0,986. 18 + (1 – 0,986). 60 = 18,585 (kg/mol)
Suaát löôïng khoái löôïng cuûa doøng hôi taïi ñænh thaùp:
Trang 11
Chöng luyeän Nöôùc – Axit axetic
GVHD: Nguyeãn Vaên Luïc
GHD = (R +1)GD = (3,429 + 1). 931,579 = 4126,142 (kg/h)
Suaát löôïng mol cuûa doøng hôi taïi ñænh thaùp:
G HD
4126,142
nHD =
= 222,009 (kmol/h)
M HD
18,585
Suaát löôïng khoái löôïng cuûa doøng hoaøn löu:
GL = RGD = 3,429. 931,579 = 3194,563 (kg/h)
Suaát löôïng mol cuûa doøng hoaøn löu:
GL
3194,563
L=
= 171,885 (kmol/h)
M LD
18,585
2. Taïi maâm nhaäp lieäu:
nHF
nLF
F
nHF
n’LF
Khoái löôïng mol cuûa doøng nhaäp lieäu:
MF = xF. MN + (1 – xF). MA = 0,588. 18 + (1 – 0,588). 60 = 35,294 (kg/kmol)
Suaát löôïng mol cuûa doøng nhaäp lieäu:
GF
3000
F=
= 256,885 (kmol/h)
M F 35,294
Vaø: nLF = L = 171,885 (kmol/h)
n’LF = L + F = 171,885 + 256,885 = 428,770 (kmol/h)
nHF = nHD = 222,009 (kmol/h)
3. Taïi ñaùy thaùp:
nHW
nLW
W
Vì taïi ñaùy thaùp noàng ñoä phaàn mol cuûa nöôùc trong pha loûng vaø pha hôi baèng nhau.
Khoái löôïng cuûa pha hôi vaø pha loûng taïi ñaùy thaùp laø baèng nhau:
MHW = MLW = xW. MN + (1 – xW). MA = 0,016. 18 + (1 – 0,016). 60 = 59,308
(kg/mol)
Suaát löôïng mol cuûa doøng saûn phaåm ñaùy:
GW
2086,421
W=
= 34,876 (kmol/h)
M LW
59,308
Vaø: nLW = n’LF = 428,770 (kmol/h)
Trang 12
Chöng luyeän Nöôùc – Axit axetic
GVHD: Nguyeãn Vaên Luïc
nHW = nHF = nHD = 222,009 (kmol/h)
Chöông 4
TÍNH THIEÁT BÒ CHÍNH
(Thaùp maâm xuyeân loã)
Phöông trình ñöôøng laøm vieäc :
Phaàn luyeän: y
xD
R
3,429
0,986
x
x
= 0,774x + 0,223
R 1
R 1 3,429 1
3,429 1
Rf
1 f
3,429 1,696
1 1,696
Phaàn chöng: y R 1 x R 1 x W 3,429 1 x 3,429 1 0,016
= 1,157x – 0,003
I.
ÑÖÔØNG KÍNH THAÙP :
1. Phaàn luyeän:
1.1. Khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha loûng trong phaàn luyeän:
Noàng ñoä phaàn mol trung bình cuûa pha loûng trong phaàn luyeän:
x x F 0,986 0,588
xL D
= 0,787 (mol nöôùc/ mol hoãn hôïp)
2
2
Döïa vaøo hình 2 Nhieät ñoä trung bình cuûa pha loûng trong phaàn luyeän: TLL = 101,4 (oC)
Noàng ñoä phaàn khoái löôïng trung bình cuûa pha loûng trong luyeän:
Trang 13
Chöng luyeän Nöôùc – Axit axetic
xL
GVHD: Nguyeãn Vaên Luïc
x D x F 0,955 0,3
= 0,628 (kg nöôùc/ kg hoãn hôïp)
2
2
Tra baûng 1.249, trang 310, [5]
Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc ôû 101,4oC: NL = 957,364 (kg/m3)
Tra baûng 1.2, trang 9, [5]
Khoái löôïng rieâng cuûa axit axetic ôû 101,4oC: AL = 955,480 (kg/m3)
AÙp duïng trong coâng thöùc (1.2), trang 5, [5]:
x
1 xL
1
0,628 1 0,628
L
0,001 LL = 956,661 (kg/m3)
LL NL
AL
957,364 955,480
1.2. Khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha hôi trong phaàn luyeän:
Noàng ñoä trung bình cuûa pha hôi trong phaàn luyeän:
yL = 0,774xL + 0,223 = 0,832
Döïa vaøo hình 2 Nhieät ñoä trung bình cuûa pha hôi trong phaàn luyeän: THL = 101,6 (oC)
Khoái löôïng mol trung bình cuûa pha hôi trong phaàn luyeän:
MHL = yL. MN + (1 – yL). MA = 0,832. 18 + (1 – 0,832). 60 = 25,054 (kg/kmol)
Khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha hôi trong phaàn luyeän:
PM HL
1 25,054
HL
22,4
= 0,815 (kg/m3)
RTHL
(101,6 273)
273
Trang 14
Chöng luyeän Nöôùc – Axit axetic
GVHD: Nguyeãn Vaên Luïc
118
116
114
112
110
108
106
104
102
100
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
Hình 2: Giaûn ñoà T – x,y cuûa heä Nöôùc – Axit axetic
1.3.
Tính vaän toác pha hôi ñi trong phaàn luyeän:
Trang 15
0,9
1
Chöng luyeän Nöôùc – Axit axetic
GVHD: Nguyeãn Vaên Luïc
Tra baûng IX.4a, trang 169, [6] Vôùi ñöôøng kính thaùp trong khoaûng 1,4 1,6 (m) thì
khoaûng caùch maâm laø: h = 400 (mm) = 0,4 (m)
Tra ñoà thò 6.2, trang 256, [4] C = 0,057
Vaän toác pha hôi ñi trong phaàn luyeän:
956 ,661
L C LL 0,057
= 1,953 (m/s)
HL
0,815
1.4. Tính ñöôøng kính phaàn luyeän:
Suaát löôïng mol cuûa pha hôi trong phaàn luyeän: nHL = nHD = 222,009 (kmol/h)
Suaát löôïng theå tích cuûa pha hôi trong phaàn luyeän:
22,4
(101,6 273)
n HL RTHL
= 1,895 (m3/s)
273
Q HL
3600 P
3600 1
4Q HL
4 1,895
Ñöôøng kính phaàn luyeän: L
= 1,112 (m)
L
1,953
222,009
2. Phaàn chöng:
Tính toaùn töông töï nhö phaàn luyeän ta coù baûng keát quaû sau:
xc
0,302
xC
0,153
TLC
107,4
yc
0,347
THC
109
MHC
45,415
NC
AC
952,924 944,680
HC
1,449
C
1,456
1/LC
0,001
QHC
1,933
LC
945,928
C
1,300
Vì L C ta coù theå laáy ñöôøng kính cuûa toaøn thaùp laø ñöôøng kính cuûa phaàn chöng.
Choïn theo chuaån 1,4m) (phuø hôïp vôùi ñieàu kieän 1,4 1,6m)
Keát luaän: ñöôøng kính thaùp laø 1,4m)
Vaän toác pha hôi trong phaàn chöng vaø phaàn luyeän theo thöïc teá:
4Q HC 4 1,933
=1,256 (m/s)
2
1,4 2
4Q HL 4 1,895
L
=1,231 (m/s)
2
1,4 2
C
Trang 16
Chöng luyeän Nöôùc – Axit axetic
GVHD: Nguyeãn Vaên Luïc
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
Hình 3: Soá maâm lyù thuyeát
II.
CHIEÀU CAO THAÙP :
Trang 17
0,7
0,8
0,9
1
Chöng luyeän Nöôùc – Axit axetic
GVHD: Nguyeãn Vaên Luïc
1. Phaàn luyeän:
Döïa vaøo hình 3 Soá maâm lyù thuyeát phaàn luyeän: nltL = 19
1.1. Tính hieäu suaát maâm:
Taïi nhieät ñoä trung bình cuûa pha hôi trong phaàn luyeän THL = 101,6oC thì:
Tra baûng 1.250, trang 312, [5] Aùp suaát hôi baõo hoøa cuûa nöôùc PNL = 1,09668 at =
806,060 (mmHg)
Tra hình XXIII, trang 466, [4] Aùp suaát hôi baõo hoøa cuûa axit axetic PAL = 150
(mmHg)
PNL 806,060
Neân: L
= 5,374
PAL
150
Taïi nhieät ñoä trung bình cuûa pha loûng trong phaàn luyeän TLL = 101,4oC thì:
Tra baûng 1.104, trang 96, [5] Ñoä nhôùt cuûa nöôùc NL = 0,2808 (cP)
Duøng toaùn ñoà 1.18, trang 90, [5] Ñoä nhôùt cuûa axit axetic AL = 0,42 (cP)
Ñoä nhôùt cuûa hoãn hôïp loûng: lghh = x1lg1 + x2lg2 (coâng thöùc (I.12), trang 84, [5])
Neân: lgL = 0,787. lg0,2808 + (1 – 0,787)lg0,42 = -0,514 L = 0,306 (cP)
LL = 1,644
Tra hình 6.4, trang 257, [4] EL = 0,42
Vì thaùp coù ñöôøng kính lôùn: = 1,4m > 0,9m phaûi hieäu chænh laïi giaù trò EL.
Tra hình 6.5, trang 258, [4] = 0,14
Neân: ECL = EL(1 + ) = 0,479
1.2. Tính soá maâm thöïc teá phaàn luyeän:
n ltL
19
Soá maâm thöïc: nttL =
= 39,683 40
E CL 0,479
2. Phaàn chöng:
Tính toaùn töông töï nhö phaàn luyeän ta coù baûng keát quaû sau:
C
NC
AC
nltC
PNC
PAC
14
1066,632
190
5,614
0,2632
0,39
CC
1,944
EC
0,4
ECC
0,456
nttC
30,702
lgC
-0,461
nttC quy troøn
31
3. Chieàu cao thaùp:
Soá maâm thöïc teá cuûa toaøn thaùp: ntt = nttL + nttC = 40 + 31 = 71
Chieàu cao thaân thaùp: Hthaân = (ntt –1)h + 1 = 29 (m)
Choïn ñaùy (naép) ellip tieâu chuaån coù
ht
= 0,25 ht = 0,25. 1,4 = 0,35 (m)
Choïn chieàu cao gôø: hg = 50mm = 0,05 (m)
Chieàu cao ñaùy (naép): Hñn = ht+ hg = 0,4 (m)
Keát luaän: Chieàu cao toaøn thaùp: H = Hthaân + 2Hñn = 29 + 2.0,4 = 29,8 (m)
III.
TRÔÛ LÖÏC THAÙP :
Trang 18
C
0,346
Chöng luyeän Nöôùc – Axit axetic
GVHD: Nguyeãn Vaên Luïc
1. Caáu taïo maâm loã:
Choïn thaùp maâm xuyeân loã coù oáng chaûy chuyeàn vôùi:
Tieát dieän töï do baèng 8% dieän tích maâm.
Ñöôøng kính loã: dloã = 3mm = 0,003 (m).
Chieàu cao gôø chaûy traøn: hgôø = 50mm = 0,05 (m).
Dieän tích cuûa 2 baùn nguyeät baèng 20% dieän tích maâm.
Loã boá trí theo hình luïc giaùc ñeàu.
Khoaûng caùch giöõa 2 taâm loã baèng 7mm.
Maâm ñöôïc laøm baèng theùp khoâng gæ X18H10T.
Soá loã treân 1 maâm:
2
2
8%S maâm
1,4
N=
0,08 0,08
= 17422,222
S loã
d
0
,
03
loã
Goïi a laø soá hình luïc giaùc.
AÙp duïng coâng thöùc (V.139), trang 48, [6]: N = 3a(a+1) +1
Giaûi phöông trình baäc 2 a = 75,706 76 N = 17557 (loã)
Soá loã treân ñöôøng cheùo: b = 2a + 1 = 153 (loã)
2. Trôû löïc cuûa ñóa khoâ:
' 2 . H
2
Ñoái vôùi ñóa coù tieát dieän töï do baèng 8% dieän tích maâm thì = 1,82
2.1. Phaàn luyeän:
Aùp duïng coâng thöùc (IX.140), trang 194, [6]: Pk
L 1,231
= 15,392 (m/s)
8% 0,08
15,392 2 .0,815
Neân: PkL = 1,82
= 175,724 (N/m2)
2
Vaän toác hôi qua loã: ’L =
2.2.
Phaàn caát:
C 1,256
= 15,696 (m/s)
8% 0,08
15,696 2 .1,449
Neân: PkC = 1,82
= 324,829 (N/m2)
2
Vaän toác hôi qua loã: ’C =
3. Trôû löïc do söùc caêng beà maët:
Vì ñóa coù ñöôøng kính loã > 1mm
Aùp duïng coâng thöùc (IX.142), trang 194, [6]: P
1,3d loã
4
0,08d 2loã
3.1. Phaàn luyeän:
Taïi nhieät ñoä trung bình cuûa pha loûng trong phaàn luyeän TLL = 101,4oC thì:
Tra baûng 1.249, trang 310, [5] Söùc caêng beà maët cuûa nöôùc NL = 0,585756 (N/m)
Tra baûng 1.242, trang 300, [5] Söùc caêng beà maët cuûa axit AL = 0,019674 (N/m)
Trang 19
Chöng luyeän Nöôùc – Axit axetic
GVHD: Nguyeãn Vaên Luïc
1 2
1 1 1
Aùp duïng coâng thöùc (I.76), trang 299, [5]:
1
2
1
2
0,585756 0,019674
Neân: LL 0,585756 0,019674 = 0,019 (N/m)
4 0,019
Cho ta: PL 1,3 0,003 0,08 0,003 2 = 19,519 (N/m2)
3.2. Phaàn chöng:
Tính toaùn töông töï nhö phaàn luyeän ta coù baûng keát quaû sau:
NC
AC
LC
pC
0,573996 0,019134 0,019
18,988
4. Trôû löïc thuûy tónh do chaát loûng treân ñóa taïo ra:
Aùp duïng coâng thöùc trang 285, [4]:Pb = 1,3hbKLg
Vôùi: hb = hgôø + hl
QL
h l
1,85L K
gôø
2/3
Trong ñoù:
Lgôø : chieàu daøi cuûa gôø chaûy traøn, m
K = b/L : tyû soá giöõa khoái löôïng rieâng chaát loûng boït vaø khoái löôïng rieâng cuûa chaát
loûng, laáy gaàn baèng 0,5.
n L .M L
QL =
: suaát löôïng theå tích cuûa pha loûng, m3/s.
L
Tính chieàu daøi gôø chaûy traøn:
R
Ta coù: Squaït - S = Sbaùn nguyeät
R2
1
20%
2. R sin R cos
R 2
2
2
2
2
2
- sin = 0,2
Duøng pheùp laëp = 1,626753345 (Rad)
Neân: Lgôø = sin
1,626753345
= 1,4. sin
= 1,017 (m)
2
2
Trang 20
Lgôø
- Xem thêm -