Đăng ký Đăng nhập

Tài liệu Chưng cất nước, axit axetic

.DOC
65
433
117

Mô tả:

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 Rf 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  1,4m) (phuø hôïp vôùi ñieàu kieän 1,4  1,6m) Keát luaän: ñöôøng kính thaùp laø 1,4m) 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: lghh = x1lg1 + x2lg2 (coâng thöùc (I.12), trang 84, [5]) Neân: lgL = 0,787. lg0,2808 + (1 – 0,787)lg0,42 = -0,514  L = 0,306 (cP)  LL = 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 CC 1,944 EC 0,4 ECC 0,456 nttC 30,702 lgC -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: PL  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 pC 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 = 1,3hbKLg 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 -

Tài liệu liên quan