Thiết kế tháp chưng cất hệ Etanol

Bạch Thanh Thanh
Bạch Thanh Thanh(8447 tài liệu)
(17 người theo dõi)
Lượt xem 116
3
Tải xuống 7,000₫
(Lịch sử tải xuống)
Số trang: 63 | Loại file: DOC
0

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 18/03/2013, 14:10

Mô tả: Thiết kế tháp chưng cất hệ Etanol ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Vũ Bá Minh MỤC LỤC trang LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I : TỔNG QUAN I . LÝù THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT 1 . Phương pháp chưng cất 2 . Thiết bị chưng cất: II . GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU 1 . Etanol 2 . Nước 3 . Hỗn hợp Etanol – Nước III . CÔNG NGHỆ CHƯNG CẤT HỆ ETANOL – NƯỚC CHƯƠNG II : CÂN BẰNG VẬT CHẤT I . CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU II . XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ĐỈNH VÀ SẢN PHẨM ĐÁY III . XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HỒN LƯU THÍCH HỢP 1 . Tỉ số hồn lưu tối thiểu 2 . Tỉ số hồn lưu thích hợp IV . PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC – SỐ MÂM LÝ THUYẾT 1 . Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất 2 . Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng 3 . Số mâm lý thuyết V . XÁC ĐỊNH SỐ MÂM THỰC TẾ CHƯƠNG III :TÍNH TỐN –THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT I . ĐƯỜNG KÍNH THÁP 1 . Đường kính đoạn cất 2 . Đường kính đoạn chưng II . MÂM LỖ – TRỞ LỰC CỦA MÂM 1 . Cấu tạo mâm lỗ 2 . Độ giảm áp của pha khí qua một mâm 3 . Kiểm tra ngập lụt khi tháp hoạt động : III . TÍNH TỐN CƠ KHÍ CỦA THÁP 1 . Bề dày thân tháp : 2 . Đáy và nắp thiết bị : 3 . Bích ghép thân, đáy và nắp : 4 . Đường kính các ống dẫn – Bích ghép các ống dẫn : 1 ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Vũ Bá Minh 5 . Tai treo và chân đỡ: CHƯƠNG IV : TÍNH TỐN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT- THIẾT BỊ PHỤ I . CÁC THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT 1 . Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh 2 . Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 3 . Nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy 4 . Thiết bị trao đổi nhiệt giữa nhập liệu và sản phẩm đáy 5 . Thiết gia nhiệt nhập liệu II. TÍNH BẢO ÔN CỦA THIẾT BỊ III . TÍNH TỐN BƠM NHẬP LIỆU 1 . Tính chiều cao bồn cao vị 2 . Chọn bơm CHƯƠNG V : GIÁ THÀNH THIẾT BỊ I . TÍNH SƠ BỘ GIÁ THÀNH CỦA THIẾT BỊ II . KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO 2 ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Vũ Bá Minh LỜI MỞ ĐẦU Một trong những ngành có sự đóng góp to lớn đến ngành công nghiệp nước ta nói riêng và thế giới nói chung, đó là ngành công nghiệp hóa học. Đặc biệt là ngành hóa chất cơ bản. Hiện nay, trong nhiều ngành sản suất hóa học cũng như 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 suất hoặc nhu cầu sử dụng. Ngày nay, các phương pháp được sử dụng để nâng cao độ tinh khiết: trích ly, chưng cất, cô 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 hồn tồn, ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho Etanol. Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị là một môn học mang tính tổng hợp trong quá trình học tập của các kỹû sư hố- thự c phẩm tương lai. Môn 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 hố 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 kỹû thuật thực tế một cách tổng hợp. Nhiệm vụ của ĐAMH là thiết kế tháp chưng cất hệ Etanol - Nước hoạt động liên tục với nâng suất nhập liệu : 1000 kg/h có nồng độ 10% mol etanol ,thu được sản phẩm đỉnh có nồng độ 85% mol etanol với độ thu hồi etanol là 99%. Em chân thành cảm ơn các quí thầy cô bộ môn Máy & Thiết Bị, các bạn sinh viên đã giúp em hồn thành đồ án này. Tuy nhiên, trong quá trình hồn thành đồ án không thể không có sai sót, em rất mong quí thầy cô góp ý, chỉ dẫn. 3 ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Vũ Bá Minh CHƯƠNG I : TỔNG QUAN. I . LÝù THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT: 1 . Phương pháp chưng cất : Chưng cất là qua ùtrình 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 quá trình bay hơi - ngưng tụ, trong đó vật chất đi từ pha lỏng vào pha hơi hoặc ngược lại. Khác với cô đặc, chưng cất là quá trình trong đó cả dung môi và chất tan đều bay hơi, còn cô đặc là quá trình trong đó chỉ có dung môi 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 gồm cấu tử có độ bay hơi lớn (nhiệt độ sôi nhỏ ), sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé(nhiệt độ sôi lớn) .Đối với hệ Etanol - Nước 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 và 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. * 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. + Không 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. 4 ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Vũ Bá Minh 2 . Thiết bị chưng cất: Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp nhưng chúng đều có một yêu 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 vaò lưu chất kia . Tháp chưng cất rất phong phú về kích cỡ và ứng dụng ,các tháp lớn nhất thường được ứng dụng trong công nghiệp lọc hố 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 ,xú bắp ,chữ s… * 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. * So sánh ưu và nhược điểm của các loại tháp : Tháp chêm. Tháp mâm xuyên lo.ã Tháp mâm chóp. Ưu điểm: - Đơn giản. - Hiệu suất tương đối cao. - Hiệu suất cao. - Trở lực thấp. - Hoạt động khá ổn định. - Hoạt động ổn định. - Làm việc với chất lỏng bẩn. Nhược điểm: - Hiệu suất thấp. - Trở lực khá cao. - Cấu tạo phức tạp. - Độ ổn định kém. - Yêu cầu lắp đặt khắt khe -> lắp đĩa thật phẳng. - Trở lực lớn. - 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. II . GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU : Nguyên liệu là hỗn hợp Etanol - Nước. 1 . Etanol: (Còn gọi là rượu etylic , cồn êtylic hay cồn thực phẩm). Etanol có công thức phân tử: CH 3 -CH 2 -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): 78.3 o C. + Khối lượng riêng: d 4 20 = 810 (Kg/m 3 ). • Tính chất hóa học: Tất cả các phản ứng hố học xảy ra ở nhóm hydroxyl (-OH) của etanol là thể hiện tính chất hố học của nó. 5 ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Vũ Bá Minh * Phản ứng của hydro trong nhóm hydroxyl: CH 3 -CH 2 -OH CH 3 -CH 2 -O - + H + Hằng số phân ly của etanol: 18 10 23 − −− = OHCHCH K , cho nên etanol là chất trung tính. + Tính acid của rượu thể hiện qua phản ứng với kim loại kiềm, Natri hydrua(NaH), Natri amid(NaNH 2 ): CH 3 -CH 2 -OH + NaH CH 3 -CH 2 -ONa + H 2 Natri etylat Do 14 10 223 − −− =< OHOHCHCH KK : 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 2 SO 4 , HNO 3 và acid hữu cơ đều tạo ra ester. CH 3 -CH 2 -OH + HO-SO 3 -H CH 3 -CH 2 O-SO 3 -H + H 2 O CH 3 -CH 2 O-H + HO-CO-CH 3 CH 3 -COO-C 2 H 5 + H 2 O * Phản ứng trên nhóm hydroxyl: + Tác dụng với HX: CH 3 -CH 2 -OH + HX CH 3 -CH 2 -X + H 2 O + Tác dụng với Triclo Phốt pho: CH 3 -CH 2 -OH + PCl 3 CH 3 -CH 2 -Cl + POCl + HCl + Tác dụng với NH 3 : CH 3 -CH 2 -OH + NH 3 C 2 H 5 -NH 2 + H 2 O + Phản ứng tạo eter và tách loại nước: 2CH 3 -CH 2 -OH (CH 3 -CH 2 ) 2 O + H 2 O CH 3 -CH 2 -OH CH 2 =CH 2 + H 2 O * Phản ứng hydro và oxy hố: CH 3 -CH 2 -OH CH 3 -CHO + H 2 • 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 mặt hàng khác nhau và được ứng dụng rộng rãi trong các ngành: công nghiệp nặng, y tế và dược, quốc phòng, giao thông vận tải, dệt, chế biến gỗ và nông nghiệp. 6 Lạnh H + Al 2 O 3 t o H 2 SO 4 >150 o C H 2 SO 4 >150 o C Cu 200-300 o C + Động lực. + Thuốc trừ sâu. + Sơn. + Vecni. + Đồ nhựa. + Keo dán. + Hương liệu. + Sát trùng. + Pha chế thuốc. + Thuốc nhuộm. + Tơ nhân tạo. + Rượu mùi. + Dấm. + Dung môi hữu cơ:pha sơn + Nguyên liệu. + Công nghiệp cao su tổng hợp + Động lực. Nhiên liệu. Etano l ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Vũ Bá Minh Sơ đồ tóm tắt vị trí của etanol trong các ngành công nghiệp. • Phương pháp điều chế: có nhiều phương pháp điều chế etanol: hydrat hố etylen với xúc tác H 2 SO 4 ; thuỷ phân dẫn xuất halogen và ester của etanol khi đun nóng với nước xúc tác dung dịch bazơ; hydro hố aldyhyt acêtic; từ các hợp chất cơ kim… Trong công nghiệp, điều chế etanol bằng phương pháp lên men từ nguồn tinh bột và rỉ đường. Những năm gần đây, ở nước ta công nghệ sản suất etanol chủ yếu là sử dụng chủng nấm men Saccharomyses cerevisiae để lên men tinh bột: C 6 H 6 O 6 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 + 28 Kcal Trong đó: 95% nguyên liệu chuyển thành etanol và CO 2 . 5% nguyên liệu chuyển thành sản phẩm phụ: glyxêrin, acid sucxinic, dầu fusel, metylic và các acid hữu cơ(lactic, butylic…). 2 . Nước: Trong điều kiện bình thường: nước là chất lỏng không màu, không mùi, không 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 d 4 0 c : 1 g / ml Nhiệt độ nóng chảy : 0 0 C Nhiệt độ sôi : 100 0 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 môi phân cực mạnh, có khả năng hồ tan nhiều chất và là dung môi rất quan trọng trong kỹ thuật hóa học. 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: 7 Nấm men Zymaza + Thuốc súng không khói. + Nhiên liệu hoả tiễn, bom bay. ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Vũ Bá Minh 8 x(%phân mol) 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 y(%phân mol) 0 33,2 44,2 53,1 57,6 61,4 65,4 69,9 75,3 81,8 89,8 100 t( o C) 100 90,5 86,5 83,2 81,7 80,8 80 79,4 79 78,6 78,4 78,4 ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Vũ Bá Minh III. CÔNG NGHỆ CHƯNG CẤT HỆ ETANOL – NƯỚC: Etanol là một chất lỏng tan vô hạn trong H 2 O, nhiệt độ sôi là 78,3 0 C ở 760mmHg, nhiệt độ sôi của nước là 100 o C ở 760mmHg : hơi cách biệt khá xa nên phương pháp hiệu quả để thu etanol có độ tinh khiết cao là phương pháp chưng cất. Trong trường hợp này, ta không thể sử dụng phương pháp cô đặc vì các cấu tử đều có khả năng bay hơi, và không sử dụng phương pháp trích ly cũng như phương pháp hấp thụ do phải đưa vào một khoa mới để tách, có thể làm cho quá trình phức tạp hơn hay quá trình tách không được hồn tồn. * Sơ đồ qui trình công nghệ chưng cất hệ Etanol – nước: Chú thích các kí hiệu trong qui trình: 1 . Bồn chứa nguyên liệu. 2 . Bơm. 3 . Bồn cao vị. 4 . Lưu lượng kế. 5 . Thiết bị trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy. 6 . Thiết bị gia nhiệt nhập liệu. 7 . Bẩy hơi. 8 . Tháp chưng cất. 9 . Nhiệt kế. 10 . Aùp kế. 11 . Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh. 12 . Nồi đun. 13 . Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh. 14 . Bồn chứa sản phẩm đỉnh. 15 . Bồn chứa sản phẩm đáy. 16 . Bộ phận phân dòng. 9 ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : Vũ Bá Minh 10 . THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT 1 . Phương pháp chưng cất 2 . Thiết bị chưng cất: II . GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU 1 . Etanol 2 . Nước 3 . Hỗn hợp Etanol – Nước. 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

— Xem thêm —

Từ khóa: chưng cấtThiết kếtháphệ Etanol chưng cất Aceton chưng cất methanol

Xem thêm: Thiết kế tháp chưng cất hệ Etanol, Thiết kế tháp chưng cất hệ Etanol, Thiết kế tháp chưng cất hệ Etanol

Gửi bình luận

Bình luận
Lên đầu trang
  • kieuan
    kieuan · Vào lúc 03:37 pm 26/11/2013
    Sẽ chia sẻ website này cho bạn bè, người thân biết để hỗ trợ tốt cho họ tìm kiếm tài liệu
  • locvung
    locvung · Vào lúc 03:24 am 27/12/2013
    Tài liệu này thực sự có ích với mình. Thanks bạn đã post bài này nhá!
  • Hồng Dung
    Hồng Dung · Vào lúc 03:38 pm 28/12/2013
    Tài liệu thật quý giá, cảm ơn Bạch Thanh Thanh rất nhiều.
  • fresh boy 29
    fresh boy 29 · Vào lúc 05:28 am 29/12/2013
    Tài liệu hay, tải về ngâm cứu thôi
  • fresh boy 42
    fresh boy 42 · Vào lúc 07:38 am 29/12/2013
    Tài liệu hay quá. Tiếc là chưa đủ điều kiện để down
Xem thêm
Đăng ký

Generate time = 0.0913710594177 s. Memory usage = 13.89 MB