intTypePromotion=1

luận văn: ĐỀ TÀI: “thiết kế hệ thống chưng cất Nước – Axit axetic có năng suất là 500l/h”

Chia sẻ: Nguyễn Thị Bích Ngọc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:56

0
167
lượt xem
54
download

luận văn: ĐỀ TÀI: “thiết kế hệ thống chưng cất Nước – Axit axetic có năng suất là 500l/h”

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển và cùng với nó là nhu cầu ngày càng cao về độ tinh khiết của các sản phẩm. Vì thế, các phương pháp nâng cao độ tinh khiết luôn luôn được cải tiến và đổi mới để ngày càng hoàn thiện hơn, như là: cô đặc, hấp thụ, chưng cất, trích ly,… Tùy theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp phù hợp. Đối với hệ Nước – Axit axetic là 2 cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta phải dùng phương pháp chưng...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: luận văn: ĐỀ TÀI: “thiết kế hệ thống chưng cất Nước – Axit axetic có năng suất là 500l/h”

  1. Chưng luy n Acid acetic - Nư c GVHD: Hoàng Minh Nam i h c Qu c gia TpHCM Trư ng i h c Bách Khoa Khoa Công ngh Hóa h c & D u khí B MÔN MÁY & THI T B ÁN MÔN H C Quá trình & Thi t b (MSMH: 605040) TÀI: “thi t k h th ng chưng c t Nư c – Axit axetic có năng su t là 500l/h” GVHD : Th y Hoàng Minh Nam SVTH : Văn Th Ánh Minh MSSV : 60301693 L p : HC03 – TP2 Ngành : Hóa - th c ph m Năm h c 2005-2006 Trang 1
  2. Chưng luy n Acid acetic - Nư c GVHD: Hoàng Minh Nam M CL C L im u ......................................................................................................................... 1 CHƯƠNG I: GI I THI U . ............................................................................................. 2 I. Lý thuy t v chưng c t ................................................................................................. 2 1. Khái ni m .................................................................................. 2 2. Các phương pháp chưng c t. ..................................................... 2 3. Thi t b chưng c t ..................................................................... 3 II. Gi i thi u sơ b v nguyên li u. .................................................................................. 3 1. Axit axetic ................................................................................. 3 2. Nư c.......................................................................................... 4 CHƯƠNG II: QUY TRÌNH CÔNG NGH .................................................................... 5 CHƯƠNG III: CÂN B NG V T CH T ........................................................................ 8 I. Các thông s ban u. ...................................................................................... 8 II. Xác nh su t lư ng s n ph m nh và s n ph m áy thu ư c ................... 8 III. Xác nh t s hoàn lưu làm vi c...................................................................... 9 IV. Xác nh su t lư ng mol các dòng pha ......................................................... 10 CHƯƠNG IV: TÍNH CÂN B NG NHI T ................................................................... 12 CHƯƠNG V: TÍNH THI T B CHÍNH. ...................................................................... 14 I. ư ng kính tháp…... ...................................................................................... 14 II. Chi u cao tháp ................................................................................................ 18 III. Tr l c tháp .................................................................................................... 19 IV. B dày tháp ...................................................................................................... 23 V. B dày mâm ..................................................................................................... 25 VI. Bích ghép thân – áy và n p .......................................................................... 26 VII. Chân tháp ................................................................................................... 27 VIII. Tai treo tháp .................................................................................................... 28 IX. C a n i ng d n v i thi t b – bích n i các b ph n c a thi t b và ng d n……………. .............................................................................................. 29 1. ng nh p li u........................................................................ 30 2. ng hơi nh tháp. ............................................................. 30 3. ng hoàn lưu ........................................................................ 31 4. ng hơi áy tháp. .............................................................. 31 5. ng d n l ng vào n i un..................................................... 31 6. ng d n l ng ra kh i n i un. .............................................. 32 X. L p cách nhi t ................................................................................................ 33 CHƯƠNG V: TÍNH THI T B PH . ........................................................................... 34 I. Thi t b un sôi áy tháp…... ......................................................................... 34 II. Thi t b làm ngu i s n ph m áy ................................................................... 37 III. Thi t b ngưng t s n ph m nh................................................................... 41 IV. Thi t b un sôi dòng nh p li u ..................................................................... 44 V. B n cao v ........................................................................................................ 48 VI. Bơm. ............................................................................................................. 51 Trang 2
  3. Chưng luy n Acid acetic - Nư c GVHD: Hoàng Minh Nam CHƯƠNG VII: TÍNH KINH T . .................................................................................. 53 L i k t… ……………… ................................................................................................. 55 Tài li u tham kh o ........................................................................................................... 55 Trang 3
  4. Chưng luy n Acid acetic - Nư c GVHD: Hoàng Minh Nam L IM U Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển và cùng với nó là nhu cầu ngày càng cao về độ tinh khiết của các sản phẩm. Vì thế, các phương pháp nâng cao độ tinh khiết luôn luôn được cải tiến và đổi mới để ngày càng hoàn thiện hơn, như là: cô đặc, hấp thụ, chưng cất, trích ly,… Tùy theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp phù hợp. Đối với hệ Nước – Axit axetic là 2 cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết. án môn h c Quá trình và Thi t b là m t môn h c mang tính t ng h p trong quá trình h c t p c a các k sư Công ngh Hóa h c tương lai. Môn h c giúp sinh viên gi i quy t nhi m v tính toán c th v : quy trình công nghê, k t c u, giá thành c a m t thi t b trong s n xu t hóa ch t - th c ph m. ây là bư c u tiên sinh viên v n d ng nh ng ki n th c ã h c c a nhi u môn h c vào gi i quy t nh ng v n k thu t th c t m t cách t ng h p. Nhiệm vụ của Đồ án này là thiết kế hệ thống chưng cất Nước – Axit axetic có năng suất là 500l/h, nồng độ nhập liệu là 8%(kg axit/kg hỗn hợp), nồng độ sản phẩm đỉnh là 95,5%(kg nước/kg hỗn hợp), nồng độ sản phẩm đáy là 28%(kg axit/kg hỗn hợp). Sử dụng hơi đốt có áp suất 2,5at. Chương 1 Trang 4
  5. Chưng luy n Acid acetic - Nư c GVHD: Hoàng Minh Nam GI I THI U I. LÝ THUY T V CHƯNG C T : 1. Khái ni m:  Chưng c t là quá trình dùng tách các c u t c a m t h n h p l ng cũng như h n h p khí l ng thành các c u t riêng bi t d a vào bay hơi khác nhau c a các c u t trong h n h p (nghĩa là khi cùng m t nhi t , áp su t hơi bão hòa c a các c u t khác nhau).  Thay vì ưa vào trong h n h p m t pha m i t o nên s ti p xúc gi a hai pha như trong quá trình h p thu ho c nh khí, trong quá trình chưng c t pha m i ư c t o nên b ng s b c hơi ho c ngưng t .  Trong trư ng h p ơn gi n nh t, chưng c t và cô c không khác gì nhau, tuy nhiên gi a hai quá trình này có m t ranh gi i cơ b n là trong quá trình chưng c t dung môi và ch t tan u bay hơi (nghĩa là các c u t u hi n di n trong c hai pha nhưng v i t l khác nhau), còn trong quá trình cô c thì ch có dung môi bay hơi còn ch t tan không bay hơi.  Khi chưng c t ta thu ư c nhi u c u t và thư ng thì bao nhiêu c u t s thu ư c b y nhiêu s n ph m. N u xét h ơn gi n ch có 2 c u t thì ta thu ư c 2 s n ph m:  S n ph m nh ch y u g m c u t có bay hơi bé và m t ph n r t ít các c u t có bay hơi l n.  S n ph m áy ch y u g m c u t có bay hơi l n và m t ph n r t ít c u t có bay hơi bé. i v i h Nư c – Axit axetic thì:  S n ph m nh ch y u là nư c.  S n ph m áy ch y u là axit axetic. 2. Các phương pháp chưng c t: 2.1. Phân lo i theo áp su t làm vi c: - Áp su t th p - Áp su t thư ng - Áp su t cao 2.2. Phân lo i theo nguyên lý làm vi c: - Chưng c t ơn gi n - Chưng b ng hơi nư c tr c ti p - Chưng c t 2.3. Phân lo i theo phương pháp c p nhi t áy tháp: - C p nhi t tr c ti p - C p nhi t gián ti p V y: i v i h Nư c – Axit axetic, ta ch n phương pháp chưng c t liên t c c p nhi t gián ti p b ng n i un áp su t thư ng. 3. Thi t b chưng c t: Trong s n xu t thư ng dùng nhi u lo i thi t b khác nhau ti n hành chưng c t. Tuy nhiên yêu c u cơ b n chung c a các thi t b v n gi ng nhau nghĩa là di n tích b m t ti p xúc pha ph i l n, i u này ph thu c vào m c phân tán c a m t lưu ch t này vào lưu ch t kia. N u pha khí phân tán vào pha l ng ta có các lo i tháp mâm, n u pha l ng phân tán vào pha khí ta có tháp chêm, tháp phun,… ây ta kh o sát 2 lo i thư ng dùng là tháp mâm và tháp chêm.  Tháp mâm: thân tháp hình tr , th ng ng phía trong có g n các mâm có c u t o khác nhau, trên ó pha l ng và pha hơi ư c cho ti p xúc v i nhau. Tùy theo c u t o c a ĩa, ta có: - Tháp mâm chóp : trên mâm b trí có chóp d ng tròn, xupap, ch s… Trang 5
  6. Chưng luy n Acid acetic - Nư c GVHD: Hoàng Minh Nam - Tháp mâm xuyên l : trên mâm có nhi u l hay rãnh  Tháp chêm (tháp m): tháp hình tr , g m nhi u b c n i v i nhau b ng m t bích hay hàn. V t chêm ư c cho vào tháp theo m t trong hai phương pháp: x p ng u nhiên hay x p th t . So sánh ưu như c i m c a các lo i tháp: Tháp chêm Tháp mâm xuyên l Tháp mâm chóp - C u t o khá ơn gi n. - Tr l c tương i th p. - Khá n nh. - Tr l c th p. - Hi u su t khá cao. - Hi u su t cao. Ưu - Làm vi c ư c v i ch t l ng b n i m n u dùng m c u có ρ ≈ ρ c a ch t l ng. - Do có hi u ng thành → hi u - Không làm vi c ư c - Có tr l c l n. su t truy n kh i th p. v i ch t l ng b n. - Tiêu t n nhi u - n nh không cao, khó v n - K t c u khá ph c t p. v t tư, k t c u Như c hành. ph c t p. i m - Do có hi u ng thành → khi tăng năng su t thì hi u ng thành tăng → khó tăng năng su t. - Thi t b khá n ng n . V y: ta s d ng tháp mâm xuyên l chưng c t h Nư c – Axit axetic. II. GI I THI U SƠ B V NGUYÊN LI U : 1. Axit axetic: 1.1. Tính ch t:  Là 1 ch t l ng không màu, có mùi s c c trưng, tr ng lư ng riêng 1,0497 ( 20oC)  Khi h nhi t xu ng 1 ít ã ông c thành 1 kh i tinh th có Tonc = 16,635 – 0,002o, o o T sôi = 118 C  Tan trong nư c, rư u và ete theo b t kỳ t l nào  Là 1 axit y u, h ng s phân ly nhi t ng c a nó 25oC là K = 1,75.10 −5 Tính ăn mòn kim lo i:  Axit axetic ăn mòn s t.  Nhôm b ăn mòn b i axit loãng, nó kháng t t i v i axit axetic c và thu n khi t. ng và chì b ăn mòn b i axit axetic v i s hi n di n c a không khí.  Thi c và m t s lo i thép nikel – crom kháng t t i v i axit axetic. 1.2. i u ch : Axit axetic ư c i u ch b ng cách: 1) Oxy hóa có xúc tác i v i c n etylic bi n thành andehit axetic, là m t giai o n trung gian. S oxy hóa kéo dài s ti p t c oxy hóa andehit axetic thành axit axetic. CH3CHO + ½ O2 = CH3COOH C2H5OH + O2 = CH3COOH + H2O 2) Oxy hóa andehit axetic ư c t o thành b ng cách t ng h p t acetylen. S oxy hóa andehit ư c ti n hành b ng khí tr i v i s hi n di n c a coban axetat. Ngư i ta thao tác trong andehit axetic nhi t g n 80oC ngăn ch n s hình thành peroxit. Hi u su t t 95 – 98% so v i lý thuy t. Ngư i ta t ư c như th r t d dàng sau khi ch axit axetic k t tinh ư c. Coban axetat ôû 80 o C CH3CHO + ½ O2         → CH3COOH Trang 6
  7. Chưng luy n Acid acetic - Nư c GVHD: Hoàng Minh Nam 3) T ng h p i t c n metylic và Cacbon oxit. Hi u su t có th t 50 – 60% so v i lý thuy t b ng cách c nh cacbon oxit trên c n metylic qua xúc tác. Nhi t t 200 – 500oC, áp su t 100 – 200atm: CH3OH + CO → CH3COOH v i s hi n di n c a metaphotphit ho c photpho – vonframat kim lo i 2 và 3 hóa tr (ch ng h n s t, coban). 1.3. ng d ng: Axit axetic là m t axit quan tr ng nh t trong các lo i axit h u cơ. Axit axetic tìm ư c r t nhi u ng d ng vì nó là lo i axit h u cơ r ti n nh t. Nó ư c dùng ch t o r t nhi u h p ch t và ester. Ngu n tiêu th ch y u c a axit axetic là:  Làm d m ăn (d m ăn ch a 4,5% axit axetic).  Làm ông c nh a m cao su.  Làm ch t d o tơ s i xenluloza axetat – làm phim nh không nh y l a.  Làm ch t nh a k t dính polyvinyl axetat.  Làm các ph m màu, dư c ph m, nư c hoa t ng h p.  Axetat nhôm dùng làm ch t c n màu (mordant trong ngh nhu m)  Ph n l n các ester axetat u là các dung môi, thí d : izoamyl axetat hòa tan ư c nhi u lo i nh a xenluloza. 2. Nư c: Trong i u ki n bình thư ng: nư c là ch t l ng không màu, không mùi, không v nhưng kh i nư c dày s có màu xanh nh t. Khi hóa r n nó có th t n t i d ng 5 d ng tinh th khác nhau. Tính ch t v t lý:  Kh i lư ng phân t : 18 g / mol  Kh i lư ng riêng d40 c : 1 g / ml  Nhi t nóng ch y : 00 C  Nhi t sôi : 1000 C Nư c là h p ch t chi m ph n l n trên trái t (3/4 di n tích trái t là nư c bi n) và r t c n thi t cho s s ng. Nư c là dung môi phân c c m nh, có kh năng hoà tan nhi u ch t và là dung môi r t quan tr ng trong k thu t hóa h c. Chương 2 QUY TRÌNH CÔNG NGH Chú thích các kí hi u trong qui trình: 1. B n ch a nguyên li u. 2. Bơm. 3. B n cao v . 4. Thi t b un sôi dòng nh p li u. 5. B y hơi. 6. Lưu lư ng k . 7. Nhi t k . 8. Tháp chưng c t. 9. Thi t b ngưng t s n ph m nh. Trang 7
  8. Chưng luy n Acid acetic - Nư c GVHD: Hoàng Minh Nam 10. Áp k . 11. Thi t b un sôi áy tháp. 12. Thi t b làm ngu i s n ph m áy. 13. B n ch a s n ph m áy. 14. B ph n chia dòng. 15. B n ch a s n ph m nh. Trang 8
  9. Chưng luy n Acid acetic - Nư c GVHD: Hoàng Minh Nam 3 9 t° = 40°C Nöôùc laøm laïn h t° = 25°C 14 T P 10 Hôi ñoát 4 P = 2,5at 8 Nöôùc 7 5 T Nöôùc ngöng 6 T 1 2 11 x = 92% Hôi ñoát t° = 25°C P = 2,5at 12 Nöôùc laøm laïn h t° = 25°C Nöôùc t° = 35°C ngöng 13 x =72% t° = 40°C Trang 9
  10. Chưng luy n Acid acetic - Nư c GVHD: Hoàng Minh Nam H n h p Nư c – Axit axetic có n ng nư c 92% (theo ph n kh i lư ng), nhi t kho ng 250C t i bình ch a nguyên li u (1) ư c bơm (2) bơm lên b n cao v (3). Sau ó, h n h p ư c gia nhi t n nhi t sôi trong thi t b un sôi dòng nh p li u (4), r i ư c ưa vào tháp chưng c t (8) ĩa nh p li u. Trên ĩa nh p li u, ch t l ng ư c tr n v i ph n l ng t o n luy n c a tháp ch y xu ng. Trong tháp, hơi i t dư i lên g p ch t l ng t trên xu ng. ây, có s ti p xúc và trao i gi a hai pha v i nhau. Pha l ng chuy n ng trong ph n chưng càng xu ng dư i càng gi m n ng các c u t d bay hơi vì ã b pha hơi t o nên t n i un (11) lôi cu n c u t d bay hơi. Nhi t càng lên trên càng th p, nên khi hơi i qua các ĩa t dư i lên thì c u t có nhi t sôi cao là axit axetic s ngưng t l i, cu i cùng trên nh tháp ta thu ư c h n h p có c u t nư c chi m nhi u nh t (có n ng 99,5% ph n kh i lư ng). Hơi này i vào thi t b ngưng t (9) và ư c ngưng t hoàn toàn. M t ph n c a ch t l ng ngưng t ư c hoàn lưu v tháp ĩa trên cùng. M t ph n c u t có nhi t sôi th p ư c b c hơi, còn l i c u t có nhi t sôi cao trong ch t l ng ngày càng tăng. Cu i cùng, áy tháp ta thu ư c h n h p l ng h u h t là các c u t khó bay hơi (axit axetic). H n h p l ng áy có n ng nư c là 72% ph n kh i lư ng, còn l i là axit axetic. Dung d ch l ng áy i ra kh i tháp vào n i un (11). Trong n i un dung d ch l ng m t ph n s b c hơi cung c p l i cho tháp ti p t c làm vi c, ph n còn l i ra kh i n i un i qua thi t b làm ngu i s n ph m áy (12), ư c làm ngu i n 400C, r i ư c ưa qua b n ch a s n ph m áy (13). H th ng làm vi c liên t c cho ra s n ph m nh là nư c ư c th i b , s n ph m áy là axit axetic ư c gi l i. Chương 3 CÂN B NG V T CH T I. CÁC THÔNG S BAN Đ U : Ch n lo i tháp là tháp mâm xuyên l . Khi chưng luy n dung d ch axit axetic thì c u t d bay hơi là nư c. Trang 10
  11. Chưng luy n Acid acetic - Nư c GVHD: Hoàng Minh Nam Axit axetic : CH 3 COOH ⇒ M A = 60 (g / mol) H n h p:  Nöôùc : H 2 O ⇒ M N = 18 (g / mol)  Năng su t nh p li u: GF = 0.5 (m3/h)  N ng nh p li u: xF = 92% (kg nư c/ kg h n h p)  N ng s n ph m nh: xD = 99.5% (kg nư c/ kg h n h p)  N ng s n ph m áy: xW = 72% (kg nư c/ kg h n h p)  Ch n:  Nhi t nh p li u: tFV = 25oC  Tr ng thái nh p li u là tr ng thái l ng sôi. i v i thi t b un sôi áy tháp :  Ap su t hơi t : Ph = 2.5at i v i thi t b làm ngu i s n ph m áy :  Nhi t s n ph m áy sau khi làm ngu i: tWR = 40oC  Nhi t dòng nư c l nh i vào: tV = 25oC  Nhi t dòng nư c l nh i ra: tR = 35oC i v i thi t b ngưng t s n ph m nh :  Nhi t dòng nư c l nh i vào: tV = 25oC  Nhi t dòng nư c l nh i ra: tR = 40oC  Các ký hi u:  GF, F: su t lư ng nh p li u tính theo kg/h, kmol/h.  GD, D: su t lư ng s n ph m nh tính theo kg/h, kmol/h.  GW, W: su t lư ng s n ph m áy tính theo kg/h, kmol/h.  xi, xi : n ng ph n mol, ph n kh i lư ng c a c u t i. II. XÁC Đ NH SU T LƯ NG S N PH M Đ NH và S N PH M ĐÁY THU ĐƯ C : Tra b ng 1.249, trang 310, [5] ⇒ Kh i lư ng riêng c a nư c 25oC: ρN = 996,5 (kg/m3) Tra b ng 1.2, trang 9, [5] ⇒ Kh i lư ng riêng c a axit axetic 25oC: ρAL = 1042,75 (kg/m3) Áp d ng trong công th c (1.2), trang 5, [5]: 1 x x 0,92 0.08 = FN + FA = + ⇒ ρhh = 1000 (kg/m3) ρ hh ρ N ρ A 996,5 1042,75 Năng su t nh p li u : GF = 0,5 (m3/h) × 1000 (kg/m3) = 500 (kg/h) G F = G D + G W un gián ti p :  G F x F = G D x D + G W x W GF GD GW ⇔ = = xD − x W xF − xW xD − xF x − xW 92 − 72 Nên : GD = F GF = 500 = 363,64 (kg/h) x D − xW 99,5 − 72 Và: GW = GF – GD = 500 – 363,64 = 136,36 (kg/h) III. XÁC Đ NH T S HOÀN LƯU LÀM VI C : 1. N ng ph n mol: Trang 11
  12. Chưng luy n Acid acetic - Nư c GVHD: Hoàng Minh Nam xF 0,92 MN 18 xF = = = 0,9746 (mol nư c/ mol h n h p) xF 1 − xF 0,92 1 − 0,92 + + MN MA 18 60 xW 0,72 MN 18 xW = = = 0,8955 (mol nư c/ mol h n h p) xW 1 − xW 0,72 1 − 0,72 + + MN MA 18 60 xD 0,995 MN 18 xD = = = 0,9985 (mol nư c/ mol h n h p) xD 1 − xD 0,995 1 − 0,955 + + MN MA 18 60 2. Su t lư ng mol tương i c a dòng nh p li u: x D − xW 0,9985 − 0,8955 f = = = 1,30215 x F − xW 0,9746 − 0,8955 3. T s hoàn lưu làm vi c: Trang 12
  13. Chưng luy n Acid acetic - Nư c GVHD: Hoàng Minh Nam yF xF Hình 1: th cân b ng pha c a h Nư c – Axit axetic * D a vào hình 1 ⇒ yF = 0,9819 * x − y F 0,9985 − 0,9819 T s hoàn lưu t i thi u: Rmin = D * = = 2,274 y F − x F 0,9819 − 0,9746 T s hoàn lưu làm vi c: R = 1,3Rmin + 0,3 = 3,2562 IV. XÁC Đ NH SU T LƯ NG MOL C A CÁC DÒNG PHA : Coi lưu lư ng mol c a các dòng pha i trong m i o n tháp (chưng và luy n) là không i. 1. T i nh tháp: nHD L nHD L Vì t i nh tháp n ng ph n mol c a nư c trong pha l ng và pha hơi b ng nhau. ⇒ Kh i lư ng c a pha hơi và pha l ng t i nh tháp là b ng nhau: MHD = MLD = xD. MN + (1 – xD). MA = 0,9985. 18 + (1 – 0,9985). 60 = 18,063 (kg/mol) Su t lư ng kh i lư ng c a dòng hơi t i nh tháp: GHD = (R +1)GD = (3,2562 + 1). 363,64 = 1547,71 (kg/h) Su t lư ng mol c a dòng hơi t i nh tháp: G 1547,71 nHD = HD = = 85,684 (kmol/h) M HD 18,063 Trang 13
  14. Chưng luy n Acid acetic - Nư c GVHD: Hoàng Minh Nam Su t lư ng kh i lư ng c a dòng hoàn lưu: GL = RGD = 3,2562 . 363,64 = 1184,07 (kg/h) Su t lư ng mol c a dòng hoàn lưu: GL 1184,07 L= = = 65,55 (kmol/h) M LD 18,063 2. T i mâm nh p li u: nHF nLF F nHF n’LF Kh i lư ng mol c a dòng nh p li u: MF = xF. MN + (1 – xF). MA = 0,9746.18 + (1 – 0,9746).60 = 19,067 (kg/kmol) Su t lư ng mol c a dòng nh p li u: G 500 F= F = = 26,223 (kmol/h) M F 19,067 Và: nLF = L = 65,55 (kmol/h) n’LF = L + F = 65,55 + 26,223 = 91,773 (kmol/h) nHF = nHD = 85,684 (kmol/h) 3. T i áy tháp: nHW nLW W Vì t i áy tháp n ng ph n mol c a nư c trong pha l ng và pha hơi b ng nhau. ⇒ Kh i lư ng c a pha hơi và pha l ng t i áy tháp là b ng nhau: MHW = MLW = xW. MN + (1 – xW). MA = 0,8955. 18 + (1 – 0,8955). 60 = 22,389 (kg/mol) Su t lư ng mol c a dòng s n ph m áy: G 136,36 W= W = = 6,09 (kmol/h) M LW 22,389 Và: nLW = n’LF = 65,55 (kmol/h) nHW = nHF = nHD = 85,684 (kmol/h) Chương 4 TÍNH CÂN B NG NHI T Ch n hơi t là hơi nư c 2,5at Tra b ng 1.251, trang 314, [5]:  Nhi t hóa hơi: rH 2O = rn = 2189500 (J/kg) Trang 14
  15. Chưng luy n Acid acetic - Nư c GVHD: Hoàng Minh Nam  Nhi t sôi: t H2 O = tn = 126,25 (oC) Dòng s n ph m t i áy có nhi t :  Trư c khi vào n i un (l ng): tS1 = 100,6315 (oC)  Sau khi ư c un sôi (hơi): tS2 = 100,966 (oC) Cân b ng nhi t cho toàn tháp: Q + GFhFS = (R+1) GDrD + GDhDS + GWhWS + Qm Gi s Qm = 0,05Q ⇒ 0,95Q = (R+1) GDrD + GD(hDS – hFS) + GW(hWS – hFS) • hFS = cF.tFS = [ x F c N + (1 − x F )c A ]tFS • hWS = cW.tWS = [ x W c N + (1 − x W )c A ]tWS • hDS = cD.tDS = [ x D c N + (1 − x D )c A ]tDS • rD = x D rN + (1 − x D )rA V i xF = 0,9746 ⇒ tFS = 100,1524 oC xW = 0,8955⇒ tWS = 100,6315 oC xD = 0,9985 ⇒ tDS = 100,009 oC 1.1.Nhi t dung riêng: Tra b ng 1.249, trang 310, [5] Nhi t dung riêng c a nư c 100,009 oC = 4,220012 (kJ/kg.K) Nhi t dung riêng c a nư c 100,1524 oC = 4,220198 (kJ/kg.K) Nhi t dung riêng c a nư c 100,6315 oC = 4,220821 (kJ/kg.K) Tra b ng 1.154, trang 172, [5] Nhi t dung riêng c a axit axetic 100,009 oC = 2,430047 (kJ/kg.K) Nhi t dung riêng c a axit axetic 103,1524 oC = 2,4308 (kJ/kg.K) Nhi t dung riêng c a axit axetic 100,6315 oC = 2,433315 (kJ/kg.K) 1.2.Enthalpy: • hFS = ( 0,92 . 4,220198 + 0,08 . 2,4308 ) . 100,1524 = 408,326 (kJ/kg) • hWS = ( 0,72 . 4,220821 + 0,28 . 2,433315 ) . 100,6315 = 374,381 (kJ/kg) • hDS = ( 0,995 . 4,220012 + 0,005 . 2,430047 ) . 100,009 = 421,144 (kJ/kg) 1.3.Nhi t hóa hơi: Tra b ng 1.250, trang 312, [5] Nhi t hóa hơi c a nư c 100,009 oC = rN = 2261,326 (kJ/kg) Dùng toán 1.65, trang 255, [5] Nhi t hóa hơi c a axit axetic 100,009oC = rA = 100 (Kcal/kg) = 418,6 (kJ/kg) Tra b ng 1.251, trang 314, [5] Nhi t hóa hơi c a nư c 2,5 at = rH 2 O = 2189,5 (kJ/kg) Nên: rD = 0,995 . 2261,326 + 0,005 . 418,6 = 2252,112 (kJ/kg) Nhi t lư ng c n cung c p: (R + 1)G D rD + G D (h DS − h FS ) + G W ( h WS − h FS ) Q = = 3481914,263 (kJ/h) 0,95 N u dùng hơi nư c bão hòa (không ch a m) c p nhi t thì: Q = G H 2 O . rH 2O Qñ V y lư ng hơi nư c c n dùng là : G H 2 O = = 1590,278 (kg/h) rH 2 O Thi t b làm ngu i s n ph m đáy Ch n:  Nư c làm l nh i trong ng trong v i nhi t vào tV = 25oC và nhi t ra tR = 35oC.  S n ph m áy i trong ng ngoài v i nhi t vào tWS = 100,6315oC và nhi t ra tWR = 40oC. Trang 15
  16. Chưng luy n Acid acetic - Nư c GVHD: Hoàng Minh Nam Cân b ng nhi t: Q = GW(hWS – hWR) = Gn (hR – hV) Nhi t dung riêng c a nư c 40oC = 4,178 (kJ/kg.K) Nhi t dung riêng c a axit 40oC = 2,1(kJ/kg.K) Nên: hWR = (0,72. 4,178 + 0,28. 2,1). 40 = 143,8464 (kJ/kg) Tra b ng 1.250, p312, ST I ⇒ Enthalpy c a nư c 25oC : hV = 104,75 (kJ/kg) ⇒ Enthalpy c a nư c 35oC : hR = 146,65 (kJ/kg) Lư ng nhi t trao i: Q = GW(hWS – hWR) = 31435,7 (kJ/h) Q Su t lư ng nư c l nh c n dùng: G n = = 750,255 (kg/h) hR − hV Thi t b ngưng t s n ph m đ nh Ch n:  Nư c làm l nh i trong ng v i nhi t vào tV = 25oC và nhi t ra tR = 40oC.  Dòng hơi t i nh i ngoài ng v i nhi t ngưng t tngưng = 100,009 (oC) Cân b ng nhi t: Qnt = (R + 1)GDrD = Gn (hR – hV) Nên: Qnt = (R + 1)DrD = 3485616,314 (kJ/h) Tra b ng 1.250, p312, ST I ⇒ Enthalpy c a nư c 25oC : hV = 104,75 (kJ/kg) ⇒ Enthalpy c a nư c 40oC : hR = 167,6 (kJ/kg) Q nt Lư ng nư c c n dùng: G n = = 55459,3 (kg/h) hR − hV Thi t b đun sôi dòng nh p li u Ch n:  Dòng nh p li u i trong ng trong v i nhi t vào tV = tFV = 25 oC và nhi t ra tR = o tFS = 100,1524 C.  Hơi ngưng t i trong ng ngoài có áp su t 2,5at:  Nhi t hóa hơi: rH 2O = rn = 2189500 (J/kg)  Nhi t sôi: t H 2O = tn = 126,25 (oC) Tra b ng 1.249, trang 310, [5] ⇒ Nhi t dung riêng c a nư c 25oC = 4,178(kJ/kg.K) Tra b ng 1.154, trang 172, [5] ⇒ Nhi t dung riêng c a axit axetic 25 oC = 2,0205 (kJ/kg.K) ⇒ hFV = cF.tFV = [ x F c N + (1 − x F )c A ]tFV = (0,92. 4,178 + 0,08. 2,0205). 25 = 100,135 (kJ/kg) Cân b ng nhi t: Q = GF(hFS – hFV) = Gnrn Nên: Q = GF(hFS – hFV) = 500.(408,326 – 100,135) = 154095,5 (kJ/h) Q Lư ng hơi t c n dùng: G n = = 70,3793 (kg/h) rn Chương 5 TÍNH THI T B CHÍNH (Tháp mâm xuyên l ) Phương trình ư ng làm vi c : R x 3,2562 0,9985 Ph n luy n: y = x+ D = x+ R +1 R + 1 3,2562 + 1 3,2562 + 1 Trang 16
  17. Chưng luy n Acid acetic - Nư c GVHD: Hoàng Minh Nam = 0,765x + 0,2346 R+ f 1− f 3,2562 + 1,30215 1 − 1,30215 Ph n chưng: y = x+ xW = x+ × 0,8955 R +1 R +1 3,2562 + 1 3,2562 + 1 = 1,071x – 0,06357 I. ĐƯ NG KÍNH THÁP : 1. Ph n luy n: 1.1. Kh i lư ng riêng trung bình c a pha l ng trong ph n luy n: N ng ph n mol trung bình c a pha l ng trong ph n luy n: x + x F 0,9985 + 0,9746 xL = D = = 0,9865 (mol nư c/ mol h n h p) 2 2 D a vào hình 2 ⇒ Nhi t trung bình c a pha l ng trong ph n luy n: TLL = 100,08 (oC) N ng ph n kh i lư ng trung bình c a pha l ng trong luy n: x + x F 0,995 + 0,92 xL = D = = 0,9575 (kg nư c/ kg h n h p) 2 2 Tra b ng 1.249, trang 310, [5] ⇒ Kh i lư ng riêng c a nư c 100,08oC: ρNL = 958,341 (kg/m3) Tra b ng 1.2, trang 9, [5] ⇒ Kh i lư ng riêng c a axit axetic 100,08oC: ρAL = 957,856 (kg/m3) Áp d ng trong công th c (1.2), trang 5, [5]: 1 x 1 − xL 0,9575 1 − 0,9575 = L + = + ⇒ ρLL = 958,32 (kg/m3) ρ LL ρ NL ρ AL 958,341 957,856 1.2. Kh i lư ng riêng trung bình c a pha hơi trong ph n luy n: N ng trung bình c a pha hơi trong ph n luy n: yL = 0,765xL + 0,2346 = 0,765 . 0,9865 + 0,2346 = 0,98927 D a vào hình 2 ⇒ Nhi t trung bình c a pha hơi trong ph n luy n: THL = 100,092 (oC) Kh i lư ng mol trung bình c a pha hơi trong ph n luy n : MHL = yL. MN + (1 – yL). MA = 0,98927.18 + (1 – 0,98927). 60 = 18,45 (kg/kmol) Kh i lư ng riêng trung bình c a pha hơi trong ph n luy n: PM HL 1 × 18,45 ρ HL = = = 0,6027 (kg/m3) RTHL 22,4 × (100,092 + 273) 273 Trang 17
  18. Chưng luy n Acid acetic - Nư c GVHD: Hoàng Minh Nam 118 117 116 115 114 113 112 111 110 109 108 107 106 105 104 103 102 101 100 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Hình 2: Gi n T – x,y c a h Nư c – Axit axetic 1.3. Tính v n t c pha hơi i trong ph n luy n: Tra b ng IX.4a, trang 169, [6] :V i ư ng kính tháp trong kho ng 0,8 ÷ 0,9(m) thì kho ng cách mâm là: ∆h = 300 (mm) = 0,3 (m) Tra th 6.2, trang 256, [4] ⇒ C = 0,032 V n t c pha hơi i trong ph n luy n: ρ 958,32 ω L = C LL = 0,032 = 1,276 (m/s) ρ HL 0,6027 1.4. Tính ư ng kính ph n luy n: Su t lư ng mol c a pha hơi trong ph n luy n: nHL = nHD = 85,684 (kmol/h) Su t lư ng th tích c a pha hơi trong ph n luy n: 22,4 85,684 × × (100,092 + 273) n HL RTHL 273 Q HL = = = 0,7286 (m3/s) 3600 × P 3600 × 1 4QHL 4 × 0,7286 ư ng kính ph n luy n: φ L = = = 0,852657 (m) πω L π × 1,276 2. Ph n chưng: Tính toán tương t như ph n luy n ⇒ ta có b ng k t qu sau: xc xC TLC rNC rAC rLC Trang 18
  19. Chưng luy n Acid acetic - Nư c GVHD: Hoàng Minh Nam 0,935 0,82 100,39 958,111 957,298 957,96 yc THC MHC rHC wC QHC fC 0,937815 100,533 20,612 0,67252 1,2077 0,7295 0.877 Vì fL ≈ fC ⇒ ta có th l y ư ng kính c a toàn tháp là ư ng kính c a ph n chưng Ch n f = 0,85 (m) K t lu n: ư ng kính tháp là f = 0,85 (m) V n t c pha hơi trong ph n chưng và ph n luy n theo th c t : 4Q HC 4 × 0,7295 ωC = = =1,285575 (m/s) πφ 2 π × 0,85 2 4Q 4 × 0,7286 ω L = HL = =1,284 (m/s) πφ 2 π × 0,85 2 Trang 19
  20. Chưng luy n Acid acetic - Nư c GVHD: Hoàng Minh Nam Ph n chưng S mâm lý thuy t : 7 Ph n luy n Đư ng chưng : Y = 1,071x – 0,06357 Trang 20
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2