TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MÔN QUÁ TRÌNH -THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM
----------
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CH4659
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC
HỖN HỢP HAI CẤU TỬ ETHANOL-NƯỚC
Sinh viên thực hiện : Trần Xuân Thành
Mã số sinh viên : 20180938
Lớp : Quá trình Thiết bị – K63
Giảng viên hướng dẫn : TS. Đỗ Xuân Trường
Hà Nội, 07/2022
NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4659
Họ và tên: Trần Xuân Thành
Lớp: Quá trình -Thiết bị K63
MSSV:20180938
Khóa: K63
I. Đầu đề thiết kế
Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ có kênh chảy truyền để tách hỗn hợp
hai cấu tử Ethanol (C2H5OH)-Nước (H2O)
II. Các số liệu ban đầu
-Năng suất hỗn hợp đầu : 3,6 kg/s
-Nồng độ cấu tử dễ bay hơi:
Hỗn hợp đầu : 24 % khối lượng
Sản phẩm đỉnh : 92 % khối lượng
Sản phẩm đáy : 1,2 % khối lượng
III. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
1. Giới thiệu chung
2. Vẽ và thuyết minh sơ đồ công nghệ, Sơ đồ P&I
3. Tính toán thông số công nghệ, cơ khí thiết bị chính thiết bị chính
4. Tính toán thông số công nghệ, cơ khí thiết bị phụ
5. Kết luận
6. Tài liệu tham khảo
IV. Các bản vẽ
- Bản vẽ dây chuyền công nghệ: Khổ A4
- Bản vẽ P&I Khổ A4
VIỆN KỸ THUẬT HOÁ HỌC
BỘ MÔN QUÁ TRÌNH –THIẾT BỊ
CÔNG NGHỆ HOÁ VÀ THỰC PHẨM
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
______________________
-Bản vẽ mặt bằng hệ thống Khổ A3
- Bản vẽ lắp thiết bị chính Khổ A1
-Bản vẽ lắp thiết bị ngưng tụ đỉnh tháp Khổ A1
-Bản vẽ lắp thiết bị đun sôi đáy tháp Khổ A1
-Bản vẽ lắp thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu Khổ A1
V. Cán bộ hướng dẫn: TS. Đỗ Xuân Trường
VI. Ngày giao nhiệm vụ: ngày 14 tháng 04 năm 2022
VII. Ngày phải hoàn thành: ngày 22 tháng 07 năm 2022
Phê duyệt của Bộ môn
Ngày tháng năm 2022
Người hướng dẫn
MỤC LỤC
PHẦN I. GIỚI THIỆU CHUNG ............................................................................... 2
1.Tổng quan về quá trình chưng luyện .................................................................... 2
1.1.Khái niệm về chưng cất .......................................................................................... 2
1.2.Thiết bị chưng luyện ............................................................................................... 3
2. Hỗn hợp cần tách ................................................................................................... 4
2.1. Các tính chất của nước .......................................................................................... 4
2.2. Các tính chất của Etanol ....................................................................................... 4
2.3. Ứng dụng Ethanol trong công nghiệp .................................................................. 4
PHẦN II.SƠ ĐỒ HỆ THỐNG CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC ............................... 6
1.Sơ đồ công nghệ (PFD) .............................................................................................. 6
2.Sơ đồ P&I .................................................................................................................... 8
3.Sơ đồ mặt bằng hệ thống (Plant layout) ................................................................. 10
Phần III.TÍNH TOÁN THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH ............ 12
1.Tính cân bằng vật chất và chuyển đổi nồng độ .................................................. 12
1.1. Cân bằng vật chất ................................................................................................ 12
1.2.Chuyển đổi nồng độ phần khối lượng sang nồng độ phần mol......................... 12
2.Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp ........................................................................ 14
2.1 Xác định chỉ số hồi lưu nhỏ nhất ......................................................................... 14
2.2. Xác định số đĩa lý thuyết tối thiểu NLTmin .......................................................... 16
2.3. Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp Rth ................................................................. 17
3.Tính toán đường kính tháp .................................................................................. 28
3.1. Tính toán lưu lượng các dòng pha đi trong từng đoạn tháp ............................ 28
3.1.1.Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện ................................................ 28
3.1.2.Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện .............................................. 31
3.1.3.Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng .............................................. 31
3.1.4.Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn chưng ............................................. 32
3.2.Xác đinh tốc độ làm việc của pha hơi trong đoạn chưng,đoạn luyện............... 33
3.2.1. Khối lượng riêng trung bình của pha hơi đi trong đoạn luyện ............... 33
3.2.2. Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng đi trong đoạn luyện ............. 33
3.2.3. Khối lượng riêng trung bình pha hơi đi trong đoạn chưng .................... 34
3.2.4. Khối lượng riêng pha lỏng trong đoạn chưng .......................................... 35
3.3.Vận tốc dòng hơi đi trong tháp ............................................................................ 36
3.3.1.Vận tốc hơi đi trong đoạn luyện ................................................................. 36
3.3.2.Vận tốc hơi đi trong đoạn chưng ................................................................ 36
3.4.Tính đường kính tháp ........................................................................................... 37
3.4.1. Đường kính đoạn luyện .............................................................................. 37
3.4.2. Đường kính đoạn chưng ............................................................................. 37
4.Tính chiều cao tháp ............................................................................................... 38
4.1.Xác định số đĩa thực tế của tháp .......................................................................... 38
4.2. Chiều cao của tháp ............................................................................................... 42
5. Tính trở lực của tháp ........................................................................................... 43
5.1. Chọn thông số đĩa ................................................................................................. 43
5.1.1. Chọn thông số đĩa ........................................................................................ 43
5.1.2.Tải trọng ngưỡng chảy tràn ........................................................................ 45
5.1.3.Tải trọng kênh chảy truyền ......................................................................... 47
5.1.4.Kiểm tra tốc độ rò rỉ lỏng qua lỗ đĩa .......................................................... 47
5.2.Trở lực của tháp .................................................................................................... 51
5.2.1.Trở lực đĩa khô ∆𝑷𝒌 .................................................................................... 52
5.2.2. Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt ........................................................... 53
5.2.3. Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa 𝚫𝑷𝒕 ..................................................... 54
6.Tính cân bằng nhiệt lượng ................................................................................... 56
6.1Tính cân bằng nhiệt lượng của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu .......................... 56
6.1.1 Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào ............................................................... 56
6.1.2. Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào ..................................................... 57
6.1.3. Nhiệt do hỗn hợp đầu mang ra .................................................................. 58
6.1.4. Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra ........................................................ 59
6.1.5 Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh...................................... 59
6.1.6 Lượng hơi đốt cần thiết để dun nóng ......................................................... 59
6.2. Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện ..................................................... 59
6.2.1. Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào ..................................................... 60
6.2.2. Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào đáy tháp .............................................. 60
6.2.3. Nhiệt lượng do lỏng hồi lưu mang vào ...................................................... 60
6.2.4. Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp .................................................. 61