Đang tải... (xem toàn văn)
Chúng ta đang sống trong nền kinh tế hậu công nghiệp hay còn gọi là kinh tế mới, nền kinh tế tri thức. Đặc trưng chủ yếu của nền kinh tế này là sự xuất hiện của các ngành công nghệ cao, công nghệ tự động hóa và người máy, công nghệ thông tin, công nghệ vật liệu mới… Trong ngành công nghệ vật liệu mới không thể không nhắc tới ngành công nghệ hóa học, bởi công nghệ hóa học thuộc nghành công nghệ đòi hỏi kỹ thuật cao, mức độ phát triển khoa học của một đất nước.Khi mà khoa học kỹ thuật càng phát triển, nhu cầu về đồ dùng phương tiện phục vụ càng lớn thì đòi hỏi đến sản phẩm hóa học càng nhiều. Nhận thấy rõ sự phát triển như vũ bão của ngành công nghệ hóa học với lối tư duy nhạy bén và sáng tạo, khoa Công Nghệ Hóa trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội đã đào tạo ra những sinh viên chuyên ngành hóa. Điều đó không chỉ cung cấp cho đất nước đội ngũ những công nhân lành nghề, những thợ kỹ thuật có tay nghề cao mà nó còn mở ra cơ hội việc làm cho giới trẻ trong lĩnh vực khá mới mẻ này.Là một sinh viên khoa Công Nghệ Hóa của trường, chúng em đã được trang bị rất nhiều những kiến thức cơ bản về các quá trình thiết bị của công nghệ sản xuất những sản phẩm hóa học, để củng cố những kiến thức đã học, cũng như để phát huy trình độ độc lập sáng tạo giải quyết một vấn đề cụ thể của sinh viên trong thực tế sản xuất, chinh vì vậy khi được nhận bản đồ án quá trình thiết bị này là một cơ hội tốt để cho chúng em được tìm hiểu về các quá trình công nghệ, được vận dụng những kiến thức đã được học và mở rộng vốn kiến thức của mình, từ đó cho chúng em cái nhìn cụ thể hơn về ngành nghề mình đã lựa chọn.Bản đồ án này không chỉ làm sáng tỏ thêm lý thuyết, nắm vững phương pháp tính toán và nguyên lý vận hành thiết bị, mà đây chính là một cơ hội tốt để sinh viên tập dượt giải quyết những vấn đề cụ thể trong thực tế sản xuất.Để hoàn thành được bản đồ án này em xin gửi lời cám ơn chân thành nhất đến các thầy cô khoa Công Nghệ Hóa, đặc biệt là thầy giáo Nguyễn Thế Hữu đã giành cho chúng em sự ưu đãi đặc biệt, tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em làm đồ án.Do thời gian và kiến thức bản thân em còn hạn chế nên bản đồ án không tránh khỏi những thiếu sót em rất mong nhận được sự góp ý, những lời nhận xét và sửa chữa của thầy cô để bản đồ án của em được hoàn chỉnh hơn.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ THÁP CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC LOẠI THÁP CHÓP ĐỂ PHÂN TÁCH HỖN HỢP ACETON- CCL4 Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị Quyên Sinh viên thực hiện: Đoàn Tất Đạt Lớp: HÓA 1- K15 Mã sinh viên: 2020601812 Hà Nội, 2021 MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI NÓI ĐẦU PHẦN GIỚI THIỆU CHUNG LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN .8 1.1 Phương pháp chưng luyện 1.2 Thiết bị chưng luyện .9 GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP ĐƯỢC CHƯNG LUYỆN SƠ ĐỒ VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT .12 3.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ 12 3.2 Thuyết minh dây chuyền 14 TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH 15 4.1 Kí hiệu đại lượng sau: 15 TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP : .26 5.1 Tính lưu lượng dòng pha tháp: 26 5.2 Tính đường kính đoạn chưng 29 5.3 Đường kính đoạn chưng : 36 TÍNH CHIỀU CAO THÁP : 37 6.1 Hệ số khuếch tán: 37 6.2 Hệ số cấp khối: 39 6.3 Hiệu suất tháp - Chiều cao tháp: 51 TÍNH TRỞ LỰC CỦA THÁP: .52 7.1 Trở lực đĩa khô: 52 7.2 Trở lực đĩa sức căng bề mặt: 54 TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG: 62 8.1 Cân nhiệt lượng thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu: .62 Cân nhiệt lượng tháp chưng luyện: .64 8.2 Cân nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ: 69 TÍNH THIẾT BỊ PHỤ 72 9.1 THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐẦU .72 9.2 Lượng nhiệt trao đổi: .73 9.3 Diện tích trao đổi nhiệt: 74 10 TÍNH BƠM VÀ THÙNG CAO VỊ: 82 10.1 Các trở lực trình cấp liệu : 82 11 TÍNH TOÁN CƠ KHÍ VÀ LỰA CHỌN: .96 11.1 Tính toán thân tháp: .96 11.2 Tính chóp và kích thước bản của chóp: 99 11.3 Tính đáy và nắp thiết bị: .101 11.4 Chọn mặt bích : 104 KẾT LUẬN 116 TÀI LIỆU THAM KHẢO 117 LỜI CẢM ƠN Chúng ta sống kinh tế hậu công nghiệp hay gọi kinh tế mới, kinh tế tri thức Đặc trưng chủ yếu kinh tế xuất ngành công nghệ cao, cơng nghệ tự động hóa người máy, công nghệ thông tin, công nghệ vật liệu mới… Trong ngành công nghệ vật liệu không nhắc tới ngành cơng nghệ hóa học, cơng nghệ hóa học thuộc nghành cơng nghệ địi hỏi kỹ thuật cao, mức độ phát triển khoa học đất nước Khi mà khoa học kỹ thuật phát triển, nhu cầu đồ dùng phương tiện phục vụ lớn địi hỏi đến sản phẩm hóa học nhiều Nhận thấy rõ phát triển vũ bão ngành cơng nghệ hóa học với lối tư nhạy bén sáng tạo, khoa Cơng Nghệ Hóa trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội đào tạo sinh viên chun ngành hóa Điều khơng cung cấp cho đất nước đội ngũ công nhân lành nghề, thợ kỹ thuật có tay nghề cao mà cịn mở hội việc làm cho giới trẻ lĩnh vực mẻ Là sinh viên khoa Cơng Nghệ Hóa trường, chúng em trang bị nhiều kiến thức q trình thiết bị cơng nghệ sản xuất sản phẩm hóa học, để củng cố kiến thức học, để phát huy trình độ độc lập sáng tạo giải vấn đề cụ thể sinh viên thực tế sản xuất, chinh nhận đồ án trình thiết bị hội tốt chúng em tìm hiểu trình cơng nghệ, vận dụng kiến thức học mở rộng vốn kiến thức mình, từ cho chúng em nhìn cụ thể ngành nghề lựa chọn Bản đồ án không làm sáng tỏ thêm lý thuyết, nắm vững phương pháp tính tốn ngun lý vận hành thiết bị, mà hội tốt để sinh viên tập dượt giải vấn đề cụ thể thực tế sản xuất Để hoàn thành đồ án em xin gửi lời cám ơn chân thành đến thầy cô khoa Công Nghệ Hóa, đặc biệt thầy giáo Nguyễn Thế Hữu giành cho chúng em ưu đãi đặc biệt, tận tình hướng dẫn, bảo, tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em làm đồ án Do thời gian kiến thức thân em hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót em mong nhận góp ý, lời nhận xét sửa chữa thầy cô để đồ án em hoàn chỉnh Em xin chân thành cám ơn! LỜI NÓI ĐẦU Ngày với phát triểnvượt bậc công nghiệp giới nước nhà, ngành công nghiệp công nghiệp hóa chất thực phẩm cần thiết nhiều hóa chất có độ tinh khiết cao Để đạt điều người ta thường tiến hành phân tách cấu tử khỏi hỗn hợp đầu, chưng cất phương pháp sử dụng phổ biến Chưng cất trình dùng nhiệt để tách phần hỗn hợp lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác chúng hỗn hợp nhiệt độ đo Phương pháp ứng dụng để tách hỗn hợp cấu tử dễ bay có tính chất hịa tan hoàn toàn phần vào Hỗn hợp có hai cấu tử nhiều Với hệ hai cấu tử thu sản phẩm đỉnh gồm phần lớn cấu tử dễ bay sản phẩm đáy chứa đa phần cấu tử khó bay Trong sản xuất ta thường gặp phương pháp chưng khác : chưng đơn giản, chưng nước trực tiếp, chưng chân không đặc biệt chưng luyện Chưng luyện phương pháp thơng dụng dùng để tách hồn tồn hỗn hợp cấu tử dễ bay có tính chất hịa tan phần hịa tan hồn tồn vào nhau.Chưng luyện áp suất thấp dùng cho hỗn hợp dễ bị phân hủy nhiệt nhiệt độ cao,các cấu tử dễ bay ngược lại Vật liệu gia cơng thép khơng gỉ hỗn hợp cần tách hệ ăn mòn mạnh, mặt khác giá thành sản xuất cao đáp ứng tiêu chuẩn thiết bị hóa chất là: chống ăn mịn, bền nhiệt, tính tốt, tuổi thọ làm việc lâu dài … Đồ án môn Quá trình Thiết bị bước đầu giúp sinh viên làm quen với việc tính tốn thiết kế dây chuyền sản xuất, mà cụ thể đồ án hệ thống chưng luyện liên tục Với đề tài: Thiết kế tính tốn hệ thống chưng luyện liên tục làm việc áp suất thường để tách hỗn hợp cấu tử : Aceton - CCl4 PHẦN GIỚI THIỆU CHUNG LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN 1.1 Phương pháp chưng luyện Chưng luyện phương pháp nhằm để phân tách hỗn hợp khí hóa lỏng dựa độ bay tương đối khác cấu tử thành phần áp suất Phương pháp chưng luyện trình hỗn hợp bốc ngưng tụ nhiều lần Kết cuối đỉnh tháp ta thu hỗn hợp gồm hầu hết cấu tử dễ bay nồng độ đạt yêu cầu Phương pháp chưng luyện cho hiệu suất phân tách cao, sử dụng nhiều thực tế Dựa phương pháp chưng luyện liên tục, người ta đưa nhiều thiết bị phân tách đa dạng tháp chóp, tháp đĩa lỗ khơng có ống chảy truyền, tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền, tháp đệm… Cùng với thiết bị ta có phương pháp chưng cất là: a Áp suất làm việc: - Chưng cất áp suất thấp - Chưng cất áp suất thường - Chưng cất áp suất cao Nguyên tắc phương pháp dựa nhiệt độ sôi cấu tử: nhiệt độ sôi cấu tử cao giảm áp suất làm việc để giảm nhệt độ sôi cấu tử b Nguyên lý làm việc: làm việc theo nguyên lý liên tục gián đoạn: -Chưng gián đoạn: phương pháp sử dụng khi: Nhiệt độ sôi cấu tử khác xa Không cần địi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao Tách hỗn hợp lỏng khỏi tạp chất không bay Tách sơ hỗn hợp nhiều cấu tử - Chưng liên tục: trình thực liên tục nghịch dòng nhiều đoạn 1.2 Thiết bị chưng luyện Trong sản xuất thường sử dụng nhiều loại tháp khác chúng có yêu cầu diện tích tiếp xúc bề mặt pha lớn Tháp chưng luyện phong phú kích cỡ ứng dựng Các tháp lớn thường sử dụng cơng nghệ lọc hóa dầu Đường kính tháp phụ thuộc vào lượng pha lỏng lượng pha khí, độ tinh khiết sản phẩm Mỗi loại tháp chưng lại có cấu tạo riêng, có ưu điểm nhược điểm khác nhau, ta phải chọn loại tháp cho phù hợp với hỗn hợp cấu tử cần chưng tính tồn kích cỡ thết bị cho phù hợp với yêu cầu Trong đồ án em giao thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đệm để phân tách hỗn hợp hai cấu tử Axetandehit- Benzen, chế độ việc áp suất thường với hỗn hợp đầu vào nhiệt độ sôi GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP ĐƯỢC CHƯNG LUYỆN Cacbontetraclorua có cấu trúc phân tử CCl phân tử gam 183,84g/mol Bề ngồi Chất lỏng khơng màu , khối lượng riêng 1,5842 g/cm, dễ bay ,tnc=-229,2 oC; ts = 76,72 oC.Là chất khơng phân cực Trong vai trị dung mơi, hịa tan tốt hợp chất không phân cực khác, chất béo dầu mỡ Sử dụng chủ yếu hợp chất làm chất phản ứng tổng hợp hữu Đây chất lỏng khơng màu có mùi "thơm" Nhưng dễ bay hơi, tạo với mùi đặc trưng dung mơi clo hóa khác, tương tự mùi tetraclorthylen dùng cửa hàng giặt khơ Nó dùng làm dung mơi nghiên cứu hóa tổng hợp Đơi hữu ích để làm dung môi cho phổ hồng ngoại học khơng có dải hấp thụ đáng kể > 1.600 cm-1 Do cacbontetraclorua không chứa nguyên tử hiđrơ nào, nên q khứ dùng phổ NMR proton Tuy nhiên, cacbon tetraclorua độc hại khả hịa tan thấp Nó bị thay phần lớn dung môi đơteri hóa, thường có thuộc tính hịa tan tốt cho phép phổ kế giam giữ đơteri.Phơi nhiễm trước hàm lượng cao cacbon tetraclorua (bao gồm thể hơi) ảnh hưởng tới hệ thần kinh trung ương làm suy thoái gan thận gây (sau phơi nhiễm kéo dài) mê chí gây tử vong Phơi nhiễm kinh niên trước cacbontetraclorua gây ngộ độc gan tổn thương thận hay gây ung thư Đầu kỷ 20, cacbon tetraclorua sử dụng rộng rãi làm dung môi tẩy rửa khô, làm chất làm đơng lạnh hay bình chữa cháy Tuy nhiên, người nhận thấy dường phơi nhiễm cacbon tetraclorua có ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe chất thay an tồn tetracloroethylen dùng cho ứng dụng việc sử dụng ứng dụng bị suy giảm từ khoảng năm 1940 trở Cacbon tetraclorua dùng làm thuốc trừ dịch hại để giết sâu bọ ngũ cốc lưu trữ, năm 1970, bị cấm dùng sản phẩm tiêu dùng Hoa Kỳ.Trước có nghị định thư Montreal lượng lớn cacbon tetraclorua sử dụng để sản xuất chất làm lạnh freon R-11(tricloroflorometan) R-12 (diclorodiflorometan) Tuy nhiên, chất làm lạnh bị coi đóng vai trị suy giảm ôzôn bị loại bỏ Cacbon tetraclorua dùng để sản xuất chất làm lạnh phá hủy hơn.Cacbon tetraclorua sử dụng để phát nơtrino Cacbon tetraclorua chất độc mạnh gan sử dụng nghiên cứu khoa học để đánh giá chất bảo vệ gan Cacbon tetraclorua thực tế không cháy nhiệt độ thấp Ở nhiệt độ cao khơng khí, tạo photgen (CCl 2O) độc hại Do khơng có liên kết C-H, cacbon tetraclorua khơng dễ dàng tham gia phản ứng gốc tự Vì dung mơi hữu ích phản ứng halogen hóa halogen nguyên tố hay chất phản ứng n-bromosuccinimid Aceton có cơng thức phân tử: CH3 –CO-CH3,khối lượng phân tử:58 đvC Là chất lỏng khơng màu,có mùi đặc trưng,tan nhiều nước Aceton (bắt nguồn từ từ tiếng Pháp acétone /asetɔn/), viết a-xê-tơn, hợp chất hữu cơ, có cơng thức (CH3)2CO Aceton chất lỏng dễ cháy, không màu dạng keton đơn giản Aceton tan nước,dễ bay dung môi chủ yếu dùng để làm phịng thí nghiệm, đồng thời chất dùng để tổng hợp chất hữu sử dụng thành phần hoạt chất sơn móng tay 6,7 triệu aceton sản xuất toàn giới năm 2010, chủ yếu sử dụng làm dung môi sản xuất methyl metacrylat bisphenol Aceton sản xuất thải thể người thơng qua q trình trao đổi chất thường có máu nước tiểu Thử nghiệm độc tính sinh sản cho thấy có tiềm thấp gây vấn đề sinh sản Phụ nữ mang thai cho bú, trẻ em người mắc bệnh tiểu đường tiết nhiều aceton người khác Đồng thời, phần ăn nhiều chứa nhiều keton làm tăng hàm lượng aceton, giúp trẻ sơ sinh trẻ nhỏ giảm động kinh mắc bệnh động kinh đề kháng Aceton sản xuất trực tiếp gián tiếp từ propen Khoảng 83% aceton sản xuất thông qua phương pháp Cumen, sản phẩm từ phương pháp mà sản xuất aceton gắn liền với sản xuất phenol Phương pháp Cumen gồm việc alkyl hoá benzen với propen, sinh isopropylbenzene, oxi hoá, sinh aceton phenol Aceton sản xuất trực tiếp cách oxi hay hydro hoá propen, sinh 2propanol (isopropanol), oxi hố isopropanol aceton Ngồi ra, aceton sản phẩm phụ trình lên men, nên sản xuất dạng sản phẩm phụ công nghiệp chưng cất Aceton thành phần chất tẩy rửa sơn móng tay, chất tẩy keo siêu dính chất tẩy cho đồ gốm sứ, thủy tinh Nghệ sĩ trang điểm dùng chất để tẩy keo dán tóc giả ria mép cách ngâm vào aceton lỏng, sau dùng chải phần keo dư Aceton sử dụng việc in ấn nghệ thuật Sau đổ lượng vừa phải vào mặt sau ảnh đặt úp xuống bề mặt khác chà, cào mặt sau thời gian, mực ảnh ban đầu chuyển xuống bề mặt * Một số thông số vật lý axeton: -Nhiệt độ sôi:56,1o -Nhiệt độ nóng chảy:-94,6o C -Nhiệt dung riêng(Cp):22Kcal/mol(chuẩn 1020 C) -Độ nhớt ():0,316 cp(ở 25o C) - Nhiệt trị : 0.5176 cal/g ( 200 C) Axeton dung môi tốt cho nhiều chất hữu aceton làm dung môi tốt nitro xeluloza, acetyl xenluloza Nó độc nên dùng làm dung mơi cơng nghiệp dược phẩm thực phẩm.,nó sử dụng để tổng hợp nhiều chất hưu phần lớn dùng làm dung môi công nghiệp sản xuất nhựa, vecni, chất dẻo nhiều sản phẩm tiêu dùng * Tính chất hóa học đặc trưng axeton: Phản ứng axeton chủ yếu vào nhóm cacbonyl(-CO-), ngồi cịn có phản ứng vào nhóm -CH3 Dưới số ví dụ cụ thể: -phản ứng nhóm –CO- : Axeton nghèo phản ứng, Xeton có phản ứng khử giống andehit tạo ancol bậc II: CH3-CO-CH3 + H2 > CH3-CH(OH)-CH3 Xeton khó bị oxi hóa gốc hidrocacbon cản trở khơng gian.Tuy nhiên bị oxi hóa dung dich thuốc tím đun nóng với axit sunfuric tạo hỗn hợp axit cacboxylic Phản ứng gốc hidrocacbon: CH3-CO-CH3 + Br2 > CH3-CO-CH2Br + HBr Lưu ý:Phản ứng xảy dùng brom khan có xúc tác axit axetic đun nóng * Các phương pháp điều chế axeton: 1-oxi hóa hidrocacbon:khi đốt cháy chậm n-ankan pha khí ta thu axeton 2-oxi hóa ancol:đây phương pháp quan trọng để điều chế hợp chất cacbonyl VD: CH3-CH(OH)-CH3 → CH3 –CO-CH3 +H2O Propal-2-ol Axeton 3-oxi hóa cumen(chỉ riêng axeton) C6H5-CH(CH3)2 +O2 → CH3 –CO-CH3 +C6H5-OH C3H6O-CCl4 Aceton Cacbontetraclorua công nghiệp hữu dạng hỗn hợp sản phẩm ngành công nghiệp tổng hợp hữu Chúng sử dụng rộng rãi cơng nghiệp hố học nói chung cơng nghiệp hữu nói riêng cơng nghiệp hố dầu, dược phẩm, phẩm nhuộm,… SƠ ĐỒ VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 3.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ Hỗn hợp đầu vào nhiệt độ sơi Tháp loại: tháp chóp