ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC
GVHD: Tieàn Tieán Nam
Boä Coâng Thöông
Tröôøng Ñaïi Hoïc Coâng Nghieäp Thöïc Phaåm
TP. Hoà Chí Minh
ÑOÀ AÙN CAÙC QUAÙ TRÌNH VAØ THIEÁT BÒ
Ñeà taøi: Chöng caát Acetone - Nöôùc
Khoa: Coâng ngheä hoùa hoïc
GVHD: Tieàn Tieán Nam
SVTH : Voõ Vaên Nguyeân
MSSV : 2004120219
TP.Hoà Chí Minh, ngaøy 12 thaùng 06 naêm 2015
SVTH: Voõ Vaên Nguyeân
Trang 0
ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC
GVHD: Tieàn Tieán Nam
MUÏC LUÏC
Lôøi môû ñaàu...................................................................................................................5
CHÖÔNG 1: GIÔÙI THIEÄU VEÀ ACETONE VAØ QUI TRÌNH COÂNG NGHEÄ . .....6
1. Giôùi thieäu sô boä
7
2. Saûn xuaát Aceton
8
3. Coâng ngheä chöng caát hoãn hôïp Acetone –Nöôùc..................................................9
4. Choïn loaïi thaùp chöng caát vaø phöông phaùp chöng caát........................................9
5. Sô ñoà qui trình coâng ngheä vaø thuyeát minh qui trình coâng ngheä ......................10
CHÖÔNG 2: CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT – CAÂN BAÈNG NAÊNG LÖÔÏNG............13
1. Caân baèng vaät chaát................................................................................................14
1.1 Ñoà thò caân baèng Acetone – Nöôùc................................................................15
1.2 Xaùc ñònh chæ soá hoài löu thích hôïp................................................................15
1.3 Veõ ñöôøng laøm vieäc......................................................................................16
1.4 Xaùc ñònh soá maâm lyù thuyeát vaø soá maâm thöïc teá...........................................16
2. Caân baèng naêng löôïng...........................................................................................18
2.1 Caân baèng nhieät löôïng cuûa thaùp chöng caát....................................................18
2.2 Caân baèng nhieät löôïng cuûa thieát bò ngöng tuï.................................................20
2.3 Caân baèng nhieät löôïng cuûa thieát bò laøm laïnh saûn phaåm ñænh........................20
2.4 Caân baèng nhieät löôïng cuûa thieát bò gia nhieät doøng nhaäp lieäu........................21
CHÖÔNG 3: TÍNH TOAÙN THIEÁT BÒ CHÍNH......................................................22
I.
Kích thöôùc thaùp ................................................................................................23
1. Ñöôøng kính ñoaïn caát ....................................................................................23
2. Ñöôøng kính ñoaïn chöng................................................................................25
3. Chieàu cao thaùp .............................................................................................27
SVTH: Voõ Vaên Nguyeân
Trang 1
ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC
GVHD: Tieàn Tieán Nam
II. Tính toaùn choùp vaø oáng chaûy chuyeàn................................................................28
A. Tính cho phaàn caát..........................................................................................28
B. Tính cho phaàn chöng.....................................................................................29
III. Tính chi tieát oáng daãn ........................................................................................34
1. Ñöôøng kính oáng daãn hôi vaøo thieát bò ngöng tuï..............................................34
2. OÁng daãn doøng chaûy hoaøn löu........................................................................35
3. OÁng daãn doøng nhaäp lieäu................................................................................35
4. OÁng daãn doøng saûn phaåm ñaùy........................................................................35
5. OÁng daãn töø noài ñun qua thaùp.........................................................................36
IV. Tính trôû löïc thaùp...............................................................................................36
A. Toång trôû löïc phaàn caát.......................................................................................36
1. Trôû löïc ñóa khoâ Pk......................................................................................36
2. Trôû löïc do söùc caêng beà maët...........................................................................37
3. Trôû löïc cuûa lôùp chaát loûng treân ñóa ( Trôû löïc thuûy tónh Pt )...........................37
B. Toång trôû löïc phaàn chöng..................................................................................38
1. Trôû löïc ñóa khoâ Pk.....................................................................................38
2. Trôû löïc do söùc caêng beà maët..........................................................................38
3. Trôû löïc cuûa lôùp chaát loûng treân ñóa ( Trôû löïc thuûy tónh Pt )..........................39
CHÖÔNG 4: TÍNH CÔ KHÍ ...................................................................................41
1. Tính beà daøy thaân truï cuûa thaùp...........................................................................42
2. Tính - choïn beà daøy ñaùy vaø naép thieát bò..............................................................44
3. Choïn bích vaø voøng ñeäm.......................................................................................45
4. Tính maâm..............................................................................................................46
5. Chaân ñôõ vaø tai treo thieát bò................................................................................47
6. Tính baûo oân...........................................................................................................50
CHÖÔNG 5: TÍNH THIEÁT BÒ PHUÏ.......................................................................55
SVTH: Voõ Vaên Nguyeân
Trang 2
ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC
GVHD: Tieàn Tieán Nam
I. Thieát bò gia nhieät hoãn hôïp ñaàu hay thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñaùy ...........56
1. Ñieàu kieän nhieät ñoä cuûa quaù trình.....................................................................56
2. Nhieät taûi...........................................................................................................56
3. Choïn thieát bò.....................................................................................................56
II. Thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñænh ...................................................................61
1. Ñieàu kieän nhieät ñoä cuûa quaù trình ....................................................................61
2. Nhieät taûi...........................................................................................................62
3. Choïn thieát bò.....................................................................................................62
III. Thieát bò ngöng tuï hoài löu...................................................................................66
1. Ñieàu kieän nhieät ñoä cuûa quaù trình.....................................................................66
2. Nhieät taûi...........................................................................................................67
3. Choïn thieát bò.....................................................................................................67
4. Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät töø doøng saûn phaåm ñænh ñeán thaønh oáng....................67
5. Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät töø thaønh oáng ñeán nöôùc............................................68
6. Nhieät taûi rieâng..................................................................................................69
7. Heä soá truyeàn nhieät...........................................................................................69
8. Beà maët truyeàn nhieät.........................................................................................69
9. Chieàu daøi moãi oáng............................................................................................69
IV.Thieát bò ñun noùng doøng nhaäp lieäu......................................................................70
1. Ñieàu kieän nhieät ñoä cuûa quaù trình........................................................................70
2. Nhieät taûi..............................................................................................................70
3. Choïn thieát bò.......................................................................................................71
V. Thieát bò noài ñun....................................................................................................75
1. Ñieàu kieän nhieät ñoä cuûa quaù trình ....................................................................75
2. Nhieät taûi...........................................................................................................76
3. Choïn thieát bò.....................................................................................................76
4. Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät töø doøng saûn phaåm ñænh ñeán thaønh oáng....................76
5. Tính heä soá caáp nhieät cuûa saûn phaåm ñaùy noài.....................................................77
SVTH: Voõ Vaên Nguyeân
Trang 3
ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC
GVHD: Tieàn Tieán Nam
6. Heä soá truyeàn nhieät...........................................................................................77
7. Beà maët truyeàn nhieät.........................................................................................77
8. Chieàu daøi moãi oáng............................................................................................77
VI.Tính boàn cao vò- Bôm...........................................................................................78
1. Tính boàn cao vò.................................................................................................78
2. Tính bôm..........................................................................................................80
TAØI LIEÄU THAM KHAÛO........................................................................................82
SVTH: Voõ Vaên Nguyeân
Trang 4
ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC
GVHD: Tieàn Tieán Nam
LÔØI MÔÛ ÑAÀU
Moät trong nhöõng ngaønh coù söï ñoùng goùp to lôùn ñeán ngaønh coâng nghieäp nöôùc ta
noùi rieâng vaø theá giôùi noùi chung ñoù laø ngaønh coâng ngheä hoaù hoïc. Ñaëc bieät laø ngaønh
hoùa chaát cô baûn.
Trong thöïc teá, chuùng ta söû duïng raát nhieàu daïng hoaù chaát khaùc nhau: hoãn hôïp
nhieàu chaát hay ñôn chaát tinh khieát. Maø nhu caàu veà moät loaïi hoaù chaát tinh khieát
cuõng raát lôùn. Quaù trình coù theå ñaùp öùng phaàn naøo ñoä tinh khieát theo yeâu caàu laø
chöng caát: la quaù trình taùch caùc caáu töû trong hoãn hôïp loûng – loûng, hay hoãn hôïp loûng
– khí thaønh caùc caáu töû rieâng bieät döïa vaøo ñoä bay hôi khaùc nhau cuûa chuùng.
Vaø ñoái vôùi heä acetone – nöôùc, do khoâng coù ñieåm ñaúng phí neân coù theå ñaït ñöôïc
baát kyø ñoä tinh khieát theo yeâu caàu nhôø quaù trình chöng caát.
Nhieäm vuï thieát keá: tính toaùn heä thoáng chöng luyeän lieân tuïc ñeå taùch hoãn hôïp hai
caáu töû : acetone – nöôùc vôùi caùc soá lieäu sau ñaây:
Suaát löôïng nhaäp lieïu : 1800 Kg/h
Noàng ñoä saûn phaåm ñænh : 92% phaàn mol acetone
Noàng ñoä nhaäp lieäu : 25% phaàn mol acetone
Noàng ñoä saûn phaåm ñaùy : 4% phaàn mol acetone
Aùp suaát laøm vieäc : aùp suaát thöôøng.
SVTH: Voõ Vaên Nguyeân
Trang 5
ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC
GVHD: Tieàn Tieán Nam
CHÖÔNG 1
GIÔÙI THIEÄU VEÀ
ACETONE VAØ QUI TRÌNH
COÂNG NGHEÄ
SVTH: Voõ Vaên Nguyeân
Trang 6
ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC
GVHD: Tieàn Tieán Nam
1. Giôùi thieäu sô boä :
Acetone coù coâng thöùc phaân töû : CH 3COCH3. Khoái löôïng phaân töû baèng 58.079
ñvC
Laø moät chaát loûng khoâng maøu, deã löu ñoäng vaø deã chaùy, vôùi moät caùch eâm dòu vaø
coù muøi thôm.
Noù hoøa tan voâ haïn trong nöôùc vaø moät soá hôïp chaát höõu cô nhö : eter, metanol,
etanol, diacetone alcohol…
ÖÙng duïng : Acetone ñöôïc öùng duïng nhieàu laøm dung moâi cho coâng nghieäp, ví duï
cho vecni, sôn, sôn maøi, cellulose acetate, nhöïa, cao su … Noù hoaø tan toát tô acetate,
nitroxenluloz, nhöïa phenol focmandehyt, chaát beùo, dung moâi pha sôn, möïc in oáng
ñoàng. Acetone laø nguyeân lieäu ñeå toång hôïp thuûy tinh höõu cô.
Töø Acetone coù theå toång hôïp ceten, sumfonat (thuoác nguû), caùc holofom.
Ñöôïc tìm thaáy ñaàu tieân vaøo naêm 1595 bôûi Libavius, baèng chöng caát khan ñöôøng,
vaø ñeán naêm 1805 Trommsdorff tieán haønh saûn xuaát Acetone baèng caùch chöng caát
Acetat cuûa boà taït vaø soña : laø moät phaân ñoaïn loûng naèm giöõa phaân ñoaïn röôïu vaø
eter.
Moät soá thoâng soá vaät lyù vaø nhieät ñoäng cuûa Acetone :
Nhieät ñoä noùng chaûy
: -94.6 0C ;
Nhieät ñoä soâi
: 56.9 0C ;
4
Tyû troïng
: d 20 ;
Nhieät dung rieâng Cp : 22 Kcal/mol (chuaån ôû 1020C)
Ñoä nhôùt
: 0.316 cp ( ôû 250C)
Nhieät trò
: 0.5176 cal/g ( ôû 200C)
Tính chaát hoaù hoïc :
Coäng hôïp vôùi natri bisunfit:
OH
CH3COCH3 + H2O CH3 - C - SO3Na
CH3
( 1-metyl-1-hydroxi etan sunfonaùt natri )
Coäng hôïp axit HCN:
OH
CH3CO + HCN CH3-C-CN
CH3
( pH= 4-8 )
Phaûn öùng ngöng tuï :
SVTH: Voõ Vaên Nguyeân
Trang 7
ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC
GVHD: Tieàn Tieán Nam
OH
O
CH3-CO-CH3 + HCH2C=O CH3-C-CH3-C-CH3
CH3 CH3
( 4-oxy-4-meâtyll-2-pentanon)
Acetone khoù bò oxi hoùa bôûi thuoác thöû Pheling, Toâluen, HNO3ññ, KMnO4 ,…
Chæ bò oxi hoùa bôûi hoãn hôïp KMnO4 + H2SO4, Sunfoâcroâmic K2Cr2O7 + H2SO4…
Bò gaõy maïch cacbon.
CH3-C-CH3 CH3-C-CH2-OH CH3-C-CH=O CH3COOH +
HCOOH
O
O
O
Phaûn öùng khöû hoaù :
CH3COCH3 + H2 CH3CHOH-CH3
Ñieàu cheá :
Oxy hoùa röôïu baäc hai:
CH3CHOH-CH3 CH3COCH3 + H2O
Theo phöông phaùp Piria : nhieät phaân muoái canxi cuûa axit cacboxylic:
(CH3COO)2Ca CH3COCH3 + CaCO3
Töø daãn xuaát cô magieâ :
O
O
CH3-C-Cl + CH3-MgBr CH3-C-CH3 + Mg-Br
Cl
2. Saûn xuaát Acetone :
Trong thôøi kyø chieán tranh theá giôùi laàn thöù nhaát, do nhu caàu veà nguoàn Acetone
raát lôùn, tong khi coù söï giôùi haïn trong vieäc thu döôïc Acetone töø söï chöng caát goã, neân
ñeå boå sung nguoàn Acetone Hoa Kyø ñaõ aùp duïng phöông phaùp chöng caát khan
Ca(CH3COO)2 – thu ñöôïc baèng caùch leân men röôïu coù maët xuùc taùc vi khuaån ñeå
chuyeån carbohydrate thaønh Acetone vaø Butyl Alcohol.Coâng ngheä naøy ñöôïc öùng
duïng chuû yeáu trong suoát chieán tranh theá giôùi laàn thöù nhaát vaø nhöõng naêm 20 .
Tuy nhieân, ñeán giöõa nhöõng naêm 20 vaø cho ñeán nay coâng ngheä treân ñöôïc thay
baèng coâng ngheä coù hieäu quaû hôn (chieám khoaûng ¾ phöông phaùp saûn xuaát Acetone
cuûa Hoa Kyø) : Dehydro Isopropyl Alcol.
Ngoaøi ra, coøn moät soá quùa trình saûn xuaát Acetone khaùc :
- Oxi hoùa Cumene Hydro Peroxide thaønh Phenol vaø Acetone.
- Oxi hoùa tröïc tieáp Butan – Propan.
- Leân men Carbo hydrate bôûi vi khuaån ñaëc bieät.
- Coâng ty Shell söû duïng noù nhö moät saûn phaåm phuï.
Toång hôïp Acetone baèng caùch Dehydro Isopropyl Alcol coù xuùc taùc:
SVTH: Voõ Vaên Nguyeân
Trang 8
ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC
GVHD: Tieàn Tieán Nam
CH3COCH3 + H2
CH3CHOHCH3 + 15.9 Kcal (ôû 3270C ) xuctac
Xuùc taùc söû duïng ôû ñaây : ñoàng vaø hôïp kim cuûa noù, oxit kim loaïi vaø muoái.
ÔÛ nhieät ñoä khoaûng 325 0C , hieäu suaát khoaûng 97%.
Doøng khí noùng sau phaûn öùng goàm coù : Acetone, löôïng Isopropyl Alcol chöa
phaûn öùng, H2 vaø moät phaàn nhoû saûn phaåm phuï ( nhö Propylene, diisopropyl
eter …). Hoãn hôïp naøy ñöôïc laøm laïnh vaø khí khoâng ngöng ñöôïc loïc bôûi nöôùc.
Dung dòch loûng ñöôïc ñem ñi chöng caát phaân ñoaïn, thu ñöôïc Acetone ôû ñænh
vaø hoãn hôïp cuûa nöôùc, Isopropyl Alcol ( ít ) ôû ñaùy.
3. Coâng ngheä chöng caát hoãn hôïp Acetone –Nöôùc :
Ta coù Acetone laø moät chaát loûng tan voâ haïn trong nöôùc vaø nhieät ñoä soâi cuûa
Acetone ( 56.90C ôû 760 mmHg) vaø Nöôùc ( 1000C ôû 760 mmHg) : laø khaù caùch xa
nhau neân phöông phaùp hieäu quaû nhaát ñeå thu ñöôïc Acetone tinh khieát laø chöng caát
phaân ñoaïn döïa vaøo ñoä bay hôi khaùc nhau cuûa caùc caáu töû trong hoãn hôïp.
Trong tröôøng hôïp naøy ta khoâng theå söû duïng phöông phaùp coâ ñaëc vì caùc caáu
töû ñeàu coù khaû naêng bay hôi, vaø khoâng söû duïng phöông phaùp trích ly cuõng nhö haáp
thuï do phaûi ñöa vaøo moät pha môùi ñeå taùch chuùng, coù theå laøm cho quaù trình phöùc taïp
hôn, hay quaù trìng taùch khoâng ñöôïc hoaøn toaøn.
4. Choïn loaïi thaùp chöng caát vaø phöông phaùp chöng caát :
Chöng caát laø quaù trình phaân taùch caùc hoãn hôïp loûng thaønh caùc caáu töû rieâng
bieät döïa vaøo söï khaùc nhau veà ñoä bay hôi cuûa chuùng ( hay nhieät ñoä soâi ),
baèng caùch laëp ñi laëp laïi nhieàu laàn quaù trình bay hôi – ngöng tuï, trong ñoù
vaät chaát ñi töø pha loûng vaøo pha hôi hoaëc ngöôïc laïi.
Ñoái vôùi chöng caát ta coù hai phöông phaùp thöïc hieän :
Chöng caát ñôn giaûn (duøng thieát bò hoaït ñoäng theo chu kyø):
Phöông phaùp naøy söû duïng trong caùc tröôøng hôïp sau :
+
Khi nhieät ñoä soâi cuûa caùc caáu töû khaùc xa nhau.
+
Khi khoâng ñoøi hoûi saûn phaåm coù ñoä tinh khieát cao .
+
Taùch hoãn hôïp loûng ra khoûi taïp chaát khoâng bay hôi.
+
Taùch sô boä hoãn hôïp nhieàu caáu töû.
Chöng caát lieân tuïc hoãn hôïp hai caáu töû (duøng thieát bò hoaït ñoäng lieân
tuïc): laø quaù trình ñöôïc thöïc hieän lieân tuïc, nghòch doøng, nhieàu ñoaïn.
Ngoaøi ra coøn coù thieát bò hoaït ñoäng baùn lieân tuïc.
Trong tröôøng hôïp naøy, do saûn phaåm laø Acetone – vôùi yeâu caàu coù ñoä tinh
khieát cao khi söû duïng , coäng vôùi hoãn hôïp Acetone – Nöôùc laø hoãn hôïp
khoâng coù ñieåm ñaúng phí neân choïn phöông phaùp chöng caát lieân tuïc laø hieäu
quaû nhaát.
Choïn loaïi thaùp chöng caát :
SVTH: Voõ Vaên Nguyeân
Trang 9
ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC
GVHD: Tieàn Tieán Nam
Coù raát nhieàu loaïi thaùp ñöôïc söû duïng, nhöng ñeàu coù chung moät yeâu caàu cô baûn laø
dieän tích beà maët tieáp xuùc pha phaûi lôùn, ñieàu naøy phuï thuoäc vaøo ñoä phaân taùn cuûa
moät löu chaát naøy vaøo löu chaát kia.
Ta khaûo saùt hai loaïi thaùp chöng caát thöôøng duøng laø thaùp maâm vaø thaùp cheâm:
- Thaùp maâm goàm 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.
Goàm coù: maâm choùp, maâm xuyeân loã, maâm van. Thöôøng söû duïng maâm choùp.
- Thaùp cheâm laø moät thaùp hình truï, goàm nhieàu ñoaïn noái vôùi nhau baèng maët
bích hay haøn. Vaät cheâm ñöôïc ñoå ñaày trong thaùp theo moät hay hai phöông
phaùp : xeáp ngaãu nhieân hay xeáp thöù töï.
Choïn loaïi maâm choùp ñeå thöïc hieän quaù trình chöng caát vì nhöõng öu ñieåm sau:
- Deã daøng laøm veä sinh thoâng qua caùc cöûa söõa chöõa.
- Vôùi cuøng moät chöùc naêng, toång khoái löôïng thaùp maâm thöôøng nhoû hôn so vôùi
thaùp cheâm.
- Hieäu suaát maâm khoâng ñoåi ñoái vôùi moät khoaûng vaän toác doøng loûng hoaëc khí.
- Coù theå laép ñaët oáng xoaén giaûi nhieät treân maâm khi caàn thieát.
- Thaùp maâm thích hôïp trong tröôøng hôïp coù soá maâm lyù thuyeát hoaëc soá ñôn vò
truyeàn khoái lôùn.
- Thaùp ñöôïc thieát keá ñeå coù theå giöõ ñöôïc moät löôïng loûng nhaát ñònh treân maâm.
- Chi phí thaùp maâm coù ñöôøng kính lôùn reû hôn so vôùi thaùp ñeäm.
- Deã daøng ñöa vaøo hoaëc loaïi boû caùc doøng beân .
- Tính oån ñònh cao.
5. Sô ñoà qui trình coâng ngheä vaø thuyeát minh qui trình coâng ngheä :
a.
Sô ñoà qui trình coâng ngheä (xem ñính keøm)
SVTH: Voõ Vaên Nguyeân
Trang 10
ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC
GVHD: Tieàn Tieán Nam
Chuù thích :
1. Boàn chöùa nguyeân lieäu.
2. Bôm.
3. Boàn cao vò.
4. Baåy hôi.
5. Löu löôïng keá.
6. Van.
7. Thaùp chöng caát.
8. Thieát bò ngöng tuï saûn phaåm ñænh.
9. Boä phaän chænh doøng.
10. Thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñænh.
11. Boàn chöùa saûn phaåm ñænh.
12. Noài ñun.
13. Thieát bò gia nhieät doøng nhaäp lieäu.
14. Thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñaùy.
15. Beå chöùa saûn phaåm ñaùy.
b.
Thuyeát minh qui trình coâng ngheä :
Hoãn hôïp Acetone- Nöôùc coù noàng ñoä Acetone 25% ( phaàn mol), 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 gia nhieät (13). ÔÛ ñaây, hoãn hôïp ñöôïc ñun soâi
ñeán nhieät ñoä soâi . Sau ñoù, hoãn hôïp ñöôïc ñöa vaøo thaùp chöng caát (7) ôû ñóa nhaäp
lieäu.
Treân ñóa nhaäp lieäu, chaát loûng ñöôïc troän vôùi phaàn loûng töø ñoaïn caát 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 nöôùc seõ ngöng tuï laïi, cuoái cuøng treân ñænh thaùp ta thu ñöôïc hoãn hôïp coù
caáu töû Acetone chieám nhieàu nhaát ( coù noàng ñoä 92% phaàn mol ). Hôi naøy ñi vaøo
thieát bò ngöng tuï (8) vaø ñöôïc ngöng tuï moät phaàn ( chæ ngöng tuï hoài löu). Moät
phaàn chaát loûng ngöng ñi qua thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñænh (10), ñöôïc laøm
nguoäi ñeán 300C , roài ñöôïc ñöa qua boàn chöùa saûn phaåm ñænh (11). Phaàn coøn laïi
cuûa chaát loûng ngöng ñöôïc hoài löu veà thaùp ôû ñóa treân cuøng vôùi tyû soá hoaøn löu toái
öu . Moät phaàn caáu töû coù nhioeät 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 goàm haàu heát laø caáu töû khoù bay hôi ( nöôùc). Hoãn hôïp loûng ôû ñaùy
SVTH: Voõ Vaên Nguyeân
Trang 11
ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC
GVHD: Tieàn Tieán Nam
coù noàng ñoä Acetone laø 4% phaàn mol, coøn laïi laø nöôùc. Dung dòch loûng ôû ñaùy ñi
ra khoûi thaùp, ñöôïc ñun, boác hôi ôû noài ñun (12) cung caáp laïi cho thaùp ñeå tieáp tuïc
laøm vieäc.
Heä thoáng laøm vieäc lieân tuïc cho ra saûn phaåm ñænh laø Acetone, saûn phaåm
ñaùy sau khi trao ñoåi nhieät vôùi nhaäp lieäu ñöôïc thaûi boû.
SVTH: Voõ Vaên Nguyeân
Trang 12
ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC
GVHD: Tieàn Tieán Nam
CHÖÔNG 2
CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT
CAÂN BAÈNG NAÊNG LÖÔÏNG
SVTH: Voõ Vaên Nguyeân
Trang 13
ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC
GVHD: Tieàn Tieán Nam
1. Caân baèng vaät chaát
Caùc soá lieäu ban ñaàu :
Suaát löôïng doøng nhaäp lieäu GF: 1800 ( Kg/h )
Nhaäp lieäu coù noàng ñoä Acetone xF: 25% phaàn mol.
Saûn phaåm ñænh coù noàng ñoä Acetone xD: 92%phaàn mol.
Saûn phaåm ñaùy coù noàng ñoä xW: 4% phaàn mol.
Thieát bò hoaït ñoäng lieân tuïc.
Caùc kyù hieäu :
F : Suaát löôïng mol nhaäp lieäu ban ñaàu ( Kmol/h ).
D : Suaát löôïng mol saûn phaåm ñænh ( Kmol/h ).
W : Suaát löôïng mol saûn phaåm ñaùy ( Kmol/h ).
GD : Suaát löôïng khoái löôïng Acetone trong saûn phaåm ñænh.
GW : Suaát löôïng khoái löôïng Acetone trong saûn phaåm ñaùy.
xW : noàng ñoä mol Acetone trong saûn phaåm ñaùy.
Phöông trình caân baèng vaät chaát cho toaøn boä thaùp chöng caát:
F=D+W(1)
F * x F = D * xD + W * x W ( 2 )
Chuyeån töø phaàn mol sang phaàn khoái löôïng:
xF * M A
0.25*58
xF = xF * M A (1 xF ) * M N = 0.25*58 (1 0.25) *18 = 0.5178
(phaàn khoái löôïng Acetone )
GF * xF GF *(1 xF )
M
MN
A
F=
=
1800*0.5178 1800*(1 0.5178)
58
18
= 64.9
(Kmol/h)
Ta coù heä phöông trình :
F D W
F * x F D * x D W * x W
64.3 D W
64.3*0.25 0.92* D 0.04*W
SVTH: Voõ Vaên Nguyeân
Trang 14
ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC
GVHD: Tieàn Tieán Nam
D 15.34( Kmol / h)
W 48.95( Kmol / h)
GD 840.6( Kg / h)
G 959.4( Kg / h)
hay W
1.1 Ñoà thò caân baèng Acetone – Nöôùc :
Thaønh phaàn caân baèng loûng (x), hôi (y) tính baèng %mol vaø nhieät
hoãn hôïp hai caáu töû ôû 760 mmHg ( Acetone – nöôùc ):
x 0
5
10
20
30
40
50
60
70
80
y 0
60.3 72
80.3 82.7 84.2 85.5 86.9 88.2 90.4
t 100 77.9 69.6 64.5 62.6 61.6 60.7 59.8 59
58.2
ñoä soâi cuûa
90
100
94.3 100
57.5 56.9
ACETONE-NÖÔÙC
1
y = phaân mol acetone trong pha hôi
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
x = phaân mol acetone trong pha loûng
SVTH: Voõ Vaên Nguyeân
Trang 15
ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC
GVHD: Tieàn Tieán Nam
1.2 Xaùc ñònh chæ soá hoài löu thích hôïp :
a. Chæ soá hoài löu toái thieåu :
Rmin =
x D y F*
y F* x F
[II.158]
*
xF = 0.25 y F
= 0.815 ( Xaùc ñònh töø ñöôøng caân baèng )
Rmin = 0.1858
b. Chæ soá hoài löu thích hôïp :
Theo Coâng thöùc thöïc nghieäm ta coù:
RLV
= 1.3*Rmin + 0.3
= 1.3*0.1858 + 0.3
= 0.54154
1.3 Veõ ñöôøng laøm vieäc :
Phöông trình ñöôøng laøm vieäc phaàn caát :
Rx
xD
y = R 1 x + R 1
x
x
=0.351*x + 0.5968
Phöông trình ñöôøng laøm vieäc phaàn chöng:
f 1
Rx F
y = R 1 x - R 1 x
x
x
xD xW
0.92 0.04
Vôùi f = x x 0.25 0.04 = 4.19
F
w
y = 3.069*x – 0.083
1.4 Xaùc ñònh soá maâm lyù thuyeát vaø soá maâm thöïc teá :
Do ñieàu kieän nhaäp lieäu laø loûng baõo hoøa, ta coù ñöôøng nhaäp lieäu laø ñöôøng :
x = xF = 0.25
keû caùc ñöôøng laøm vieäc cuûa phaàn caát vaø phaàn chöng treân cuøng ñoà thò ñöôïc soá
baäc thang laø 5.92 , töông öùng vôùi soá maâm lyù thuyeát laø 6.
Xaùc ñònh hieäu suaát trung bình cuûa thaùp tb :
tb = f ( , )
=
y 1 x
1 y
x
: ñoä bay hôi töông ñoái (IX.61 - II.171)
x, y : noàng ñoä phaàn mol cuûa caáu töû deã bay hôi trong pha loûng, pha hôi
Ñoä nhôùt cuûa hoãn hôïp loûng : tra theo nhieät ñoä
tb = (1 + 2 + 3)/3
[II.171]
1 , 2 , 3 : laàn löôït laø hieäu suaát ôû maâm ñænh, maâm ñaùy, maâm nhaäp lieäu.
SVTH: Voõ Vaên Nguyeân
Trang 16
ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC
GVHD: Tieàn Tieán Nam
Töø giaõn ñoà x-y, t-x,y : tìm nhieät ñoä taïi caùc vò trí vaø noàng ñoä pha
hôi caân baèng vôùi pha loûng :
Vò trí maâm ñænh :
xD = 0.92
yD = 0.9544
tD = 57.38 O C
Vò trí maâm nhaäp lieäu :
xF = 0.25
yF = 0.815
tF = 63.55 O C
Vò trí maâm ñaùy :
xW = 0.04
yW = 0.4824 y w = 0.242
tW = 82.32 O C
Xaùc ñònh ñoä nhôùt, ñoä bay hôi töông ñoái, hieäu suaát taïi caùc vò trí :
Vò trí maâm ñænh :
tD = 57.38 O C acetone = 0.2341 * 10-3 N.s/m2
nöôùc = 0.4878 * 10-3 N.s/m2
( Tra baûng I.102 vaø I.101 – Soå tay taäp moät )
lg hh = xD*lg acetone + ( 1 – xD )*lg nöôùc
[I.84]
-4
2
hh = 2.48*10 N.s/m
= 1.82
* = 4.5136*10-4
1 = 59.47% ( Hình IX.11- Soå tay taäp 2 )
Vò trí maâm nhaäp lieäu :
tF = 63.65 O C acetone = 0.2247 * 10-3 N.s/m2
nöôùc = 0.4491 * 10-3 N.s/m2
( Tra baûng I.102 vaø I.101 – Soå tay taäp moät )
lg hh = xF * lg acetone + ( 1 – xF ) * lg nöôùc
hh = 0.3777 * 10-3 N.s/m2
= 13.216
* = 4.99 * 10-3
2 = 33.34% ( Hình IX.11- Soå tay taäp 2 )
Vò trí maâm ñaùy :
tW = 82.32 O C acetone = 0.1965 * 10-3 N.s/m2
nöôùc = 0.3465 * 10-3 N.s/m2
( Tra baûng I.102 vaø I.101 – Soå tay taäp moät )
SVTH: Voõ Vaên Nguyeân
Trang 17
ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC
GVHD: Tieàn Tieán Nam
lg hh = xW* lg acetone + ( 1 – xW )* lg nöôùc
hh = 3.387 * 10-4 N.s/m2
= 22.368
* = 7.576 * 10-3
3 = 31.1% ( Hình IX.11- Soå tay taäp 2 )
hh = ( 1 + 2 + 3 )/3
(IX.60-II.171)
= ( 59.47 + 33.34 + 31.1 )/3
= 41.3%
N
5.92
tt
Ntt = 41.3 = 14.33 ( maâm )
tb
[II.170]
Soá maâm thöïc teá cho phaàn caát: 10
Soá maâm thöïc teá cho phaàn chöng: 5
Vaø nhaäp lieäu ôû maâm soá : 5
2. Caân baèng naêng löôïng
2.1 Caân baèng nhieät löôïng cuûa thaùp chöng caát
rnöôùc, racetone ,Cacetone , C nöôùc tra ôû baûng I.212 vaø baûng I.153 (Soå tay taäp moät )
Phöông trình caân baèng naêng löôïng:
QF + QD 2 + QR = Qy + Qw + Qxq 2 + Qng 2
Nhieät löôïng do hoãn hôïp ñaàu mang vaøo QF (j/h)
QF = GF .CF .tF
G F = 840.6 (Kg/h)
tF = 63.55 oC : nhieät ñoä ñi vaøo cuûa hoãn hôïp ñaàu ( ôû traïng thaùi loûng soâi )
CF : nhieät dung rieâng :
tF = 63.55 oC Cnöôùc = 4190 (J/Kg.ñoä )
Cacetone = 2316.5 (J/Kg.ñoä)
CF = xF .Cacetone + ( 1- xF ).Cnöôùc
= 0.5178* 2316.5 + ( 1- 0.5178 )*4190 = 3219.9 (J/Kg.ñoä )
QF = 840.6* 3219.9*63.55 = 368324361 (J/h) = 10.23 (KW)
Nhieät löôïng do hôi ñoát mang vaøo thaùp QD 2 (J/h):
QD 2 = D2 *2 = D2 * (r2 + C2* t2)
Duøng hôi nöôùc ôû aùp suaát 2at , r2 = 2203 (Kj/Kg), to= 119.6 oC
2 : nhieät löôïng rieâng cuûa hôi ñoát ( J/Kg)
r2 : aån nhieät hoùa hôi ( J/Kg)
t2 , C2 : nhieät ñoä oC vaø nhieät dung rieâng cuûa nöôùc ngöng (J/Kg.ñoä)
SVTH: Voõ Vaên Nguyeân
Trang 18
ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC
GVHD: Tieàn Tieán Nam
Nhieät löôïng do löu löôïng loûng hoài löu mang vaøo :
QR = GR * CR * tR
CR = CD :nhieät dung rieâng cuûa saûn phaåm ñænh :
tD = 57.3 oC Cnöôùc = 4187.96 ( J/Kg.ñoä)
Cacetone = 2296.06 (J/Kg.ñoä )
CD= CR = xD * Cacetone + ( 1 - xD ) Cnöôùc
= 0.9737*2296.06 + ( 1-0.9737 )*4187.94 = 2335.89 ( J/Kg.ñoä )
GR = D *R = 840.6*0.54154 = 455.22( Kg/h)
tR = tD = 57.3 oC
QR = 455.22*2345.8*57.3 = 61188095.85 = 16.997(KW)
Nhieät löôïng do hôi mang ra ôû ñænh thaùp Qy :
Qy = GD .( 1+ R).D
Nhieät löôïng rieâng cuûa hôi ôû ñænh thaùp D :
D = acetone. yD + nöôùc ( 1 - yD )
Vôùi yD = 0.985 (phaàn khoái löôïng )
acetone , nöôùc :: nhieät löôïng rieâng cuûa acetone, nöôùc :
acetone = racetone + tD . Cacetone
nöôùc = rnöôùc + tD . Cnöôùc
rnöôùc, racetone , Cacetone , C nöôùc tra ôû baûng I.212 vaø baûng I.153 (Soå tay taäp moät
) ôû tD=57.3 oC
Cacetone = 2296.06 ( J/Kg.ñoä )
Cnöôùc = 4187.94 (J/Kg.ñoä )
racetone
= 521.46 (Kj/Kg)
= 2425.6 ( Kj/Kg)
nöôùc
nöôùc = 2665.36*103(J/Kg)
acetone = 652.91 *103(J/Kg)
D = 683096.75 ( j/Kg)
Qy = 840.6*(1 + 0.54154)*683096.75 = 885169422.3(J/h) = 245.88 (KW)
* Nhieät löôïng do saûn phaåm ñaùy mang ra Qw :
Qw= W .Cw .t w
Gw = 959.4 (Kg/h)
tw = 82.32 oC
xw = 0.118 ( phaàn khoái löôïng )
ÔÛ nhieät ñoä 82.32 oC Cacetone = 2377.54( J/Kg.ñoä)
Cnöôùc = 4194.64( J/Kg.ñoä)
Cw= 3980.22 (J/Kg.ñoä )
SVTH: Voõ Vaên Nguyeân
Trang 19
- Xem thêm -
.DOC 
87 
442 
122 
