Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Mức độ hoàn thành yêu cầu

Mức độ hoàn thành yêu cầu

Tải bản đầy đủ - 0trang

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

1. Mức độ hoàn thành yêu cầu

..........................................................................................................................

..........................................................................................................................

..........................................................................................................................

..........................................................................................................................

2. Bố cục

..........................................................................................................................

..........................................................................................................................

..........................................................................................................................

..........................................................................................................................

3. Nội dung

..........................................................................................................................

..........................................................................................................................

..........................................................................................................................

..........................................................................................................................

4. Nhận xét khác

.........................................................................................................................

.........................................................................................................................

.........................................................................................................................

.........................................................................................................................

GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

(ký và ghi rõ họ tên)



CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC



GVHD: KS. DƯƠNG QUỐC KHANH



LỜI MỞ ĐẦU

Một trong những ngành có sự đóng góp to lớn đến ngành cơng nghiệp nước ta

nói riêng và thế giới nói chung, đó là ngành cơng nghiệp hóa học. Đặc biệt là ngành hóa

chất cơ bản.

Hiện nay, trong nhiều ngành sản xuất hóa học và sử dụng sản phẩm hóa học,

nhu cầu sử dụng nguyên liệu hoặc sản phẩm có độ tinh khiết cao phải phù hợp với quy

trình sản xuất hoặc nhu cầu sử dụng.

Ngày nay, các phương pháp được sử dụng để nâng cao độ tinh khiết: trích ly,

chưng cất, cơ đặc, hấp thu… Tùy theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa

chọn phương pháp thích hợp. Đối với hệ Etanol - Nước là 2 cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta

phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho Etanol.

Đồ án môn học Q trình và Thiết bị là một mơn học mang tính tổng hợp trong

q trình học tập của các kỹ sư hóa học tương lai. Mơn học giúp sinh viên giải quyết

nhiệm vụ tính tốn cụ thể về: yêu cầu công nghệ, kết cấu, giá thành của một thiết bị

trong sản xuất hóa chất - thực phẩm. Đây là bước đầu tiên để sinh viên vận dụng những

kiến thức đã học của nhiều môn học vào giải quyết những vấn đề kỹ thuật thực tế một

cách tổng hợp.

Nhiệm vụ của Đồ án môn học là thiết kế tháp chưng cất hệ Etanol- Nước hoạt

động liên tục với năng suất nhập liệu: 3500 kg/h, năng suất nhập liệu là 30% khối

lượng, thu được sản phẩm đỉnh có nồng độ 80% khối lượng etanol, sản phẩm đáy có

nồng độ 0.5% khối lượng etanol với áp suất làm việc của nồi hơi là 2,5at.



Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần



Trang 1



CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC



GVHD: KS. DƯƠNG QUỐC KHANH



MỤC LỤ



LỜI MỞ ĐẦU...................................................................................................................................1

1.1. Lý Thuyết Về Chưng Cất.......................................................................................................4

1.1.1. Phương pháp chưng cất.................................................................................................4

1.1.2. Thiết bị chưng cất...........................................................................................................5

1.2. Giới Thiệu Sơ Bộ Nguyên Liệu..............................................................................................6

1.2.1. Dung dịch Etanol (Còn gọi là rượu etylic, cồn etylic hay cồn thực phẩm)....................7

1.2.2. Nước..............................................................................................................................10

1.2.3. Hỗn hợp Etanol – Nước................................................................................................10

1.3. Công Nghệ Chưng Cất Hệ Etanol – Nước...........................................................................11

1.3.1. Thuyết minh dây chuyền công nghệ.............................................................................11

1.3.2. Sơ đồ dây chuyền công nghệ........................................................................................12

CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG VẬT CHẤT...........................................................................................14

2.1. Các Thơng Số Ban đầu........................................................................................................14

2.2. Cân bằng vật liệu................................................................................................................15

2.2.1. Tính nồng độ phần mol dựa vào nồng độ khối lượng...................................................15

2.2.2. Phương trình cân bằng vật chất cho tồn tháp............................................................15

2.2.3. Tính khối lượng mol trung bình....................................................................................16

2.2.4. Chỉ số hồi lưu thích hợp, số đệm lý thuyết....................................................................16

2.3. Phương trình đường làm việc số mâm lý thuyết..................................................................18

2.3.1. Phương trình đường làm việc của đoạn luyện..............................................................18

2.3.2. Phương trình đường làm việc của đoạn chưng............................................................18

2.4. Xác định số đĩa thực tế........................................................................................................20

3.1. Đường kính tháp..................................................................................................................23

3.1.1. Lượng hơi trung bình đi trong tháp..............................................................................23

3.1.2. Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp..............................................................................26

3.1.3. Tính lượng hơi trung bình trong đoạn cất....................................................................27

3.1.4. Đường kính đoạn chưng...............................................................................................28

3.2. Mâm Lỗ – Trở Lực Của Mâm..............................................................................................31

Trang 2

Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần



CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC



GVHD: KS. DƯƠNG QUỐC KHANH



3.2.1. Cấu tạo mâm lỗ.............................................................................................................31

3.2.2. Độ giảm áp của pha khí qua một mâm.........................................................................32

3.2.3. Độ giảm áp qua mâm khô.............................................................................................32

3.2.4. Độ giảm áp do chiều cao mức chất lỏng trên mâm......................................................34

3.2.5. Độ giảm áp do sức căng bề mặt...................................................................................35

3.2.6. Kiểm tra ngập lụt khi tháp hoạt động...........................................................................36

3.3.1. Bề dày thân tháp..........................................................................................................38

3.3.2. Đáy và nắp thiết bị........................................................................................................40

3.3.3. Bích ghép thân, đáy và nắp...........................................................................................41

3.3.4. Đường kính các ống dẫn – Bích ghép các ống dẫn......................................................42

CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT- THIẾT BỊ PHỤ.......................................52

4.1. Các Thiết Bị Truyền Nhiệt...................................................................................................52

4.2. Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh.........................................................................................54

4.2.1. Suất lượng nước cần dùng để ngưng tụ sản phẩm đỉnh...............................................54

4.2.2. Xác định bề mặt truyền nhiệt........................................................................................55

4.3. Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh.......................................................................................60

4.3.1. Suất lượng nước cần dùng để làm mát sản phẩm đỉnh.................................................60

4.3.2. Xác định bề mặt truyền nhiệt........................................................................................61

4.4. Nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy..........................................................................................66

4.4.1. Suất lượng hơi nước cần dùng......................................................................................67

4.4.2. Xác định bề mặt truyền nhiệt........................................................................................67

4.5. Thiết bị trao đổi nhiệt giữa nhập liệu và sản phẩm đáy......................................................71

4.5.1. Nhiệt độ dòng nhập liệu sau khi trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy...............................71

4.5.2. Xác định bề mặt truyền nhiệu.......................................................................................72

4.6. Thiết gia nhiệt nhập liệu......................................................................................................78

4.6.1. Suất lượng hơi nước cần dùng :...................................................................................79

4.6.2. Xác định bề mặt truyền nhiệt........................................................................................79

4.7. Tính chiều cao bồn cao vị....................................................................................................85

4.7.1. Tổn thất đường ống dẫn................................................................................................86

4.7.2. Tổn thất đường ống dẫn trong thiết bị trao đổi nhiệt...................................................87

4.7.3. Tổn thất đường ống dẫn trong thiết bị gia nhiệt nhập liệu...........................................88

Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần



Trang 3



CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC



GVHD: KS. DƯƠNG QUỐC KHANH



4.8. Chọn bơm............................................................................................................................91



CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN

1.1. Lý Thuyết Về Chưng Cất.

1.1.1. Phương pháp chưng cất.

Chưng cất là quá trình phân tách hỗn hợp lỏng (hoặc khí lỏng) thành các cấu

tử riêng biệt dựa vào sự khác nhau về độ bay hơi của chúng (hay nhiệt độ sôi khác

nhau ở cùng áp suất), bằng cách lặp đi lặp lại nhiều lần q trình bay hơi- ngưng tụ,

trong đó vật chất đi từ pha lỏng vào pha hơi hoặc ngược lại. Khác với cơ đặc, chưng

cất là q trình trong đó cả dung mơi và chất tan đều bay hơi.

Khi chưng cất ta thu được nhiều cấu tử và thường thì bao nhiêu cấu tử sẽ thu

được bấy nhiêu sản phẩm. Nếu xét hệ đơn giản chỉ có 2 hệ cấu tử thì ta thu được 2 sản

phẩm: sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn (nhiệt độ sôi nhỏ), sản

phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi thấp (nhiệt độ sơi lớn). Đối với hệ EtanolNước sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm etanol và một ít nước, ngược lại sản phẩm đáy chủ

yếu gồm nước và một ít etanol.

Các phương pháp chưng cất được phân loại theo:

 Áp suất làm việc:

+ Chưng Cất Áp Suất Thấp.

+ Áp Suất Thường.

+ Áp Suất Cao.

Nguyên tắc của phương pháp này là 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 lý làm việc: liên tục, gián đoạn (chưng đơn giản) và liên tục.



Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần



Trang 4



CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC



GVHD: KS. DƯƠNG QUỐC KHANH



– Chưng cất đơn giản (gián đoạn): phương pháp này đuợc sử dụng trong

các trường hợp sau:

+ Khi nhiệt độ sôi của các cấu tử khác xa nhau.

+ Khơng đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao.

+ Tách hỗn hợp lỏng ra khỏi tạp chất không bay hơi.

+ Tách sơ bộ hỗn hợp nhiều cấu tử.

– Chưng cất hỗn hợp hai cấu tử (dùng thiết bị hoạt động liên tục) là quá

trình được thực hiện liên tục, nghịch dòng, nhều đoạn.

 Phương pháp cất nhiệt ở đáy tháp: cấp nhiệt trực tiếp bằng hơi nước: thường

được áp dụng trường hợp chất được tách không tan trong nước.

Vậy: đối với hệ Etanol– Nước, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt

gián tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường.

1.1.2. Thiết bị chưng cất.

Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp nhưng chúng đều có một

u cầu cơ bản là diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều này phụ thuộc vào độ

phân tán của lưu chất này vào lưu chất kia.

Tháp chưng cất rất phong phú về kích cỡ và ứng dụng, các tháp lớn nhất

thường được ứng dụng trong cơng nghiệp lọc hóa dầu. Kích thước của tháp: đường

kính tháp và chiều cao tháp tuỳ thuộc suất lượng pha lỏng, pha khí của tháp và độ tinh

khiết của sản phẩm. Ta khảo sát 2 loại tháp chưng cất thường 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 để chia thân tháp thành những đoạn bằng nhau, trên mâm pha lỏng

và pha hơi đựơc cho tiếp xúc với nhau. Tùy theo cấu tạo của đĩa, ta có:





Tháp mâm chóp: trên mâm bố trí có chép dạng: tròn, chữ s…



Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần



Trang 5



CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC







GVHD: KS. DƯƠNG QUỐC KHANH



Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm bố trí các lỗ có đường kính (3-12) mm.



 Tháp chêm (tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều đoạn nối với nhau bằng mặt

bích hay hàn. Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp: xếp

ngẫu nhiên hay xếp thứ tự.

Bảng 1.1: So sánh ưu và nhược điểm của các loại tháp



Tháp mâm xuyên lỗ



Tháp chêm.

Ưu điểm



- Đơn giản.

- Trở lực thấp.



- Hiệu suất tương đối

cao.

- Hoạt động khá ổn định.



Tháp mâm chóp.

- Hiệu suất cao.

- Hoạt động ổn định.



- Làm việc với chất lỏng

bẩn.

Nhược

điểm



- Hiệu suất thấp.



- Trở lực khá cao.



- Cấu tạo phức tạp.



- Yêu cầu lắp đặt khắt

- Độ ổn định kém.



khe → lắp đĩa thật



- Trở lực lớn.



phẳng.

- Thiết bị nặng.



- Không làm việc với

chất lỏng bẩn.



Nhận xét: tháp mâm xuyên lỗ là trạng thái trung gian giữa tháp chêm và

tháp mâm chóp. Nên ta chọn tháp chưng cất là tháp mâm xuyên lỗ.

Vậy: Chưng cất hệ Etanol- Nước ta dùng tháp mâm xuyên lỗ hoạt động liên tục ở

áp suất thường, cấp nhiệt gián tiếp ở đáy tháp.

1.2. Giới Thiệu Sơ Bộ Nguyên Liệu.

Nguyên liệu là hỗn hợp Etanol- Nước.

Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần



Trang 6



CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC



GVHD: KS. DƯƠNG QUỐC KHANH



1.2.1. Dung dịch Etanol (Còn gọi là rượu etylic, cồn etylic hay cồn thực phẩm).

Etanol có cơng thức phân tử: CH3-CH2-OH, khối lượng phân tử: 46 đvC. Là chất

lỏng có mùi đặc trưng, không độc, tan nhiều trong nước.

 Một số thông số vật lý và nhiệt động của etanol:

+ Nhiệt độ sôi ở 760(mmHg): 78,3oC.

+ Khối lượng riêng: d420 = 810 (Kg/m3).

 Tính chất hóa học:

Tất cả các phản ứng hóa học xảy ra ở nhóm hydroxyl (-OH) của etanol là

thể hiện tính chất hóa học của nó.

Phản ứng của hydro trong nhóm hydroxyl

CH3-CH2-OH







CH3-CH2-O- + H+



– Hằng số phân ly của etanol: , cho nên etanol là chất trung tính.

– Tính acid của rượu thể hiện qua phản ứng với kim loại kiềm,

Natrihydrua(NaH), Natriamit(NaNH2).

CH3-CH2-OH + NaH



→ CH3-CH2-ONa + H2

(Natri etylat)



Do : tính acid của rượu nhỏ hơn tính acid của nước, nên khi muối Natri

etylat tan trong nước sẽ bị thuỷ phân thành rượu trở lại.

– Tác dụng với acid tạo ester: Rượu etanol có tính bazơ tương đương

với nước. Khi rượu tác dụng với acid vô cơ H 2SO4, HNO3 và acid hữu

cơ đều tạo ra ester.

CH3-CH2-OH + HO-SO3-H

CH3-CH2O-H + HO-CO-CH3

Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần



Lạnh



H+



CH3-CH2O-SO3-H + H2O

CH3-COO-C2H5



+ H2O

Trang 7



CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC



GVHD: KS. DƯƠNG QUỐC KHANH



Phản ứng trên nhóm hydroxyl:

+ Tác dụng với HX:

CH3-CH2-OH + HX



CH3-CH2-X + H2O



+ Tác dụng với Photpho trichloride:

CH3-CH2-OH + PCl3



CH3-CH2-Cl + POCl + HCl



+ Tác dụng với NH3:

CH3-CH2-OH + NH3



Al2O3,

t0



C2H5-NH2 + H2O



+ Phản ứng tạo eter và tách loại nước:

2CH3-CH2-OH



CH3-CH2-OH



H2SO4

<150oC



H2SO4

170oC



(CH3-CH2)2O



+



CH2=CH2 +



H2O



H2O



+ Phản ứng hydro và oxy hố

+ Cơng nghiệp cao su tổng

hợp, Động lựcCH3-CH2-OH



Cu

200300oC



+ Dung mơi hữu cơ:pha sơn..

+ Ngun

CH3-CHO

+ H2liệu.



 Ứng dụng: etanol có nhiều ứng dụng hơn metanol, nó đóng một vai trò quan

trọng

trong nền kinh tế quốc dân. Nó là nguyên liệu dùng để sản suất hơn 150

+ Rượu

mùi.

Nhiên liệu.

+ Dấm.

mặt hàng khác nhau và được ứng dụng rộng rãi trong các ngành: cơng nghiệp

nặng, y tế và dược, quốc phòng, giao thông vận tải, dệt, chế biến gỗ và nông

nghiệp...

+ Động lực.

+ Thuốc trừ sâu.



Etanol



+ Đồ nhựa.

+ Keo dán.

+ Hương liệu.



+ Thuốc nhuộm.

+ Tơ nhân tạo.



Trang 8



Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần



+ Sát trùng.

+ Pha chế thuốc.



+ Sơn.

+ Vecni.



CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC



GVHD: KS. DƯƠNG QUỐC KHANH



+ Thuốc súng khơng khói.

+Nhiên liệu hoả tiễn, bom

bay.



Sơ đồ 1.1: Tóm tắt vị trí của etanol trong các ngành cơng nghiệp.







Phương pháp điều chế: có nhiều phương pháp điều chế etanol: hydrat



hóa etylen với xúc tác H2SO4; thuỷ phân dẫn xuất halogen và este của etanol khi đun

nóng với nước xúc tác dung dịch bazơ; hydro hóa aldyhyt acetic; từ các hợp chất cơ

kim…

Trong công nghiệp, điều chế etanol bằng phương pháp lên men từ nguồn tinh

bột. Những năm gần đây, ở nước ta công nghệ sản xuất etanol chủ yếu là sử dụng

chủng nấm men Saccharomyses cerevisiae để lên men tinh bột:

C6H6O6



Nấm men

Zymaza



2C2H5OH



+ 2CO2 (+28 Kcal)



Trong đó: 95% nguyên liệu chuyển thành etanol và CO2.



Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần



Trang 9



CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC



GVHD: KS. DƯƠNG QUỐC KHANH



5% nguyên liệu chuyển thành sản phẩm phụ: glyxerin, acid

sucxinic, dầu fusel, metylic và các acid hữu cơ (lactic, butyric…).

1.2.2. Nước.





Trong điều kiện bình thường: nước là chất lỏng khơng màu, khơng mùi,



khơng vị nhưng khối nước dày sẽ có màu xanh nhạt.





Khi hóa rắn nó có thể tồn tại ở dạng 5 dạng tinh thể khác nhau:

+ Khối lượng phân tử







: 18 g/mol



+ Khối lượng riêng c



: 1 g/ml



+ Nhiệt độ nóng chảy



: 00C



+ Nhiệt độ sơi



: 1000 C



Nước là hợp chất chiếm phần lớn trên trái đất (3/4 diện tích trái đất là nước



biển) và rất cần thiết cho sự sống.





Nước là dung mơi phân cực mạnh, có khả năng hòa tan nhiều chất và là



dung mơi rất quan trọng trong kỹ thuật hóa học.

1.2.3. Hỗn hợp Etanol – Nước.

Ta có bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp Etanol Nước ở 760 mmHg:

Bảng 1.2: Thành phần lỏng x (% phần mol)– hơi y(% phần mol) và nhiệt độ sôi của

hỗn hợp Etanol - Nước ở 760 mmHg. Trích bảng IX.2a(II-146)



x



0



y



0



5



10



20



30



40



50



60



70



80



33,2 44,2



53,1



57,6



61,4



65,4



69,9



75,3



81,8



t(oC) 100 90,5 86,5



83,2



81,7



80,8



80



79,4



79



78,6



Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần



90

89,

8

78,



100

100

78,

Trang 10



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Mức độ hoàn thành yêu cầu

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×