thiet ke thap chung cat axit acetic pptx

Ñoà aùn moân hoïc QT & TB GVHD : Hoaøng Minh

Nam

Thaùp chöng caát maâm choùp Axit axetic – Nöôùc SVTH : Mai Thò Ngoïc Haï

Ñaïi hoïc Quoác gia TpHCM

Tröôøng Ñaïi hoïc Baùch Khoa

Khoa Coâng ngheä Hoùa hoïc & Daàu khí

BOÄ MOÂN MAÙY & THIEÁT BÒ



ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC:

THIEÁT KEÁ THAÙP CHÖNG CAÁT LOAÏI MAÂM CHOÙP ÑEÅ

CHÖNG CAÁT HOÃN HÔÏP AXIT AXETIC - NÖÔÙC

CBHD: Thaày HOAØNG MINH NAM

Sinh viên: MAI THỊ NGỌC HẠ

MSSV: 60500799

Lớp: HCO5KSTN

Ngaønh : HOÙA HÖÕU CÔ

Naêm hoïc : 2008 - 2009

1

Ñoà aùn moân hoïc QT & TB GVHD : Hoaøng Minh

Nam

Thaùp chöng caát maâm choùp Axit axetic – Nöôùc SVTH : Mai Thò Ngoïc Haï

MUÏC LUÏC

LÔØI MÔÛ ÑAÀU

CHÖÔNG 1 : TOÅNG QUAN

I . LYÙù THUYEÁT VEÀ CHÖNG CAÁT

1 . Phöông phaùp chöng caát

2 . Thieát bò chöng caát:

II . GIÔÙI THIEÄU SÔ BOÄ NGUYEÂN LIEÄU

1 . Acid axetic

2 . Nöôùc

3 . Hoãn hôïp Acid axetic – Nöôùc

CHÖÔNG 2 : QUY TRÌNH COÂNG NGHEÄ

CHÖÔNG 3 : CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT

I. CAÙC THOÂNG SOÁ BAN ÑAÀU

II. XAÙC ÑÒNH SUAÁT LÖÔÏNG SAÛN PHAÅM ÑÆNH VAØ ÑAÙY

III. XAÙC ÑÒNH TYÛ SOÁ HOAØN LÖU LAØM VIEÄC

IV. XAÙC ÑÒNH SUAÁT LÖÔÏNG MOL CUÛA CAÙC DOØNG PHA

CHÖÔNG 4 : CAÂN BAÈNG NAÊNG LÖÔÏNG

CHÖÔNG 5 : TÍNH TOAÙN THIEÁT BÒ CHÍNH

I. ÑÖÔØNG KÍNH THAÙP:

1. Ñöôøng kính ñoaïn luyeän

2. Ñöôøng kính ñoaïn chöng

II. CHIEÀU CAO THAÙP

III. TÍNH TOAÙN CHOÙP VAØ OÁNG CHAÛY CHUYEÀN

IV. TRÔÛ LÖÏC CUÛA THAÙP

CHÖÔNG 6 : TÍNH TOAÙN CÔ KHÍ

I. TÍNH CHIEÀU DAØY THAÂN THAÙP

II. TÍNH ÑAÙY, NAÉP THIEÁT BÒ

III. TÍNH ÑÖÔØNG KÍNH VAØ BULON OÁNG DAÃN

1. OÁng daãn hôi vaøo thieát bò ngöng tuï

2. OÁng daãn doøng chaûy hoaøn löu

3. OÁng daãn doøng nhaäp lieäu

4. OÁng daãn doøng saûn phaåm ñaùy

5. OÁng daãn töø noài ñun qua thaùp

CHÖÔNG 7 : TÍNH TOAÙN THIEÁT BÒ PHUÏ

I. THIEÁT BÒ ÑUN SOÂI ÑAÙY THAÙP

II. THIEÁT BÒ LAØM NGUOÄI SAÛN PHAÅM ÑAÙY

III. THIEÁT BÒ NGÖNG TUÏ SAÛN PHAÅM ÑÆNH

IV. THIEÁT BÒ ÑUN SOÂI DOØNG NHAÄP LIEÄU

V. BOÀNG CAO VÒ

VI.BÔM

CHÖÔNG 8 : TÍNH GIAÙ THAØNH THIEÁT BÒ

2

Ñoà aùn moân hoïc QT & TB GVHD : Hoaøng Minh

Nam

Thaùp chöng caát maâm choùp Axit axetic – Nöôùc SVTH : Mai Thò Ngoïc Haï

TAØI LIEÄU THAM KHAÛO

3

LÔØI MÔÛ ÑAÀU

Khoa hoïc kyõ thuaät ngaøy caøng phaùt trieån vaø cuøng vôùi noù laø nhu caàu

ngaøy caøng cao veà ñoä tinh khieát cuûa caùc saûn phaåm. Vì theá, caùc phöông

phaùp naâng cao ñoä tinh khieát luoân luoân ñöôïc caûi tieán vaø ñoåi môùi ñeå ngaøy

caøng hoaøn thieän hôn, nhö laø: coâ ñaëc, haáp thuï, chöng caát, trích ly,… Tuøy

theo ñaëc tính yeâu caàu cuûa saûn phaåm maø ta coù söï löïa choïn phöông phaùp

phuø hôïp. Ñoái vôùi heä Axit axetic – Nöôùc laø 2 caáu töû tan laãn hoaøn toaøn, ta

phaûi duøng phöông phaùp chöng caát ñeå naâng cao ñoä tinh khieát.

Ñoà aùn moân hoïc Quaù trình vaø Thieát bò laø moät moân hoïc mang tính

toång hôïp trong quaù trình hoïc taäp cuûa caùc kyõ sö Coâng ngheä Hoùa hoïc töông

lai. Moân hoïc giuùp sinh vieân giaûi quyeát nhieäm vuï tính toaùn cuï theå veà: quy

trình coâng ngheâä, keát caáu, giaù thaønh cuûa moät thieát bò trong saûn xuaát hoùa

chaát - thöïc phaåm. Ñaây laø böôùc ñaàu tieân ñeå sinh vieân vaän duïng nhöõng

kieán thöùc ñaõ hoïc cuûa nhieàu moân hoïc vaøo giaûi quyeát nhöõng vaán ñeà kyõ

thuaät thöïc teá moät caùch toång hôïp.

Nhieäm vuï cuûa Ñoà aùn naøy laø thieát keá heä thoáng chöng caát Nöôùc –

Axit axetic coù naêng suaát laø 0,5m3

/h, noàng ñoä nhaäp lieäu laø 8%(kg axit/kg

hỗn hợp), noàng ñoä saûn phaåm ñænh laø 95,5%(kg nước/kg hỗn hợp), noàng ñoä

saûn phaåm ñaùy laø 30%(kg axit/kg hỗn hợp), thaùp laøm vieäc ôû aùp suaát

thöôøng.

Ñoà aùn moân hoïc QT & TB GVHD : Hoaøng Minh

Nam

Thaùp chöng caát maâm choùp Axit axetic – Nöôùc SVTH : Mai Thò Ngoïc Haï

CHÖÔNG 1 : TOÅNG QUAN

I. LYÙ THUYEÁT VEÀ CHÖNG CAÁT :

1. Khaùi nieäm:

Chöng caát laø quaù trình duøng ñeå taùch caùc caáu töû cuûa moät hoãn hôïp loûng cuõng nhö hoãn hôïp

khí loûng thaønh caùc caáu töû rieâng bieät döïa vaøo ñoä bay hôi khaùc nhau cuûa caùc caáu töû trong hoãn

hôïp (nghóa laø khi ôû cuøng moät nhieät ñoä, aùp suaát hôi baõo hoøa cuûa caùc caáu töû khaùc nhau).

Thay vì ñöa vaøo trong hoãn hôïp moät pha môùi ñeå taïo neân söï tieáp xuùc giöõa hai pha nhö trong

quaù trình haáp thu hoaëc nhaû khí, trong quaù trình chöng caát pha môùi ñöôïc taïo neân baèng söï boác

hôi hoaëc ngöng tuï.

Trong tröôøng hôïp ñôn giaûn nhaát, chöng caát vaø coâ ñaëc khoâng khaùc gì nhau, tuy nhieân giöõa

hai quaù trình naøy coù moät ranh giôùi cô baûn laø trong quaù trình chöng caát dung moâi vaø chaát tan

ñeàu bay hôi (nghóa laø caùc caáu töû ñeàu hieän dieän trong caû hai pha nhöng vôùi tyû leä khaùc nhau),

coøn trong quaù trình coâ ñaëc thì chæ coù dung moâi bay hôi coøn chaát tan khoâng bay hôi.

Khi chöng caát ta thu ñöôïc nhieàu caáu töû vaø thöôøng thì bao nhieâu caáu töû seõ thu ñöôïc baáy

nhieâu saûn phaåm. Neáu xeùt heä ñôn giaûn chæ coù 2 caáu töû thì ta thu ñöôïc 2 saûn phaåm:

 Saûn phaåm ñænh chuû yeáu goàm caáu töû coù ñoä bay hôi lôùn vaø moät phaàn raát ít caùc caáu töû coù

ñoä bay hôi beù.

 Saûn phaåm ñaùy chuû yeáu goàm caáu töû coù ñoä bay hôi beù vaø moät phaàn raát ít caáu töû coù ñoä

bay hôi lôùn.

Ñoái vôùi heä Nöôùc – Axit axetic thì:

 Saûn phaåm ñænh chuû yeáu laø nöôùc.

 Saûn phaåm ñaùy chuû yeáu laø axit axetic.

2. Caùc phöông phaùp chöng caát:

2.1. Phaân loaïi theo aùp suaát laøm vieäc:

- AÙp suaát thaáp

- AÙp suaát thöôøng

- AÙp suaát cao

2.2. Phaân loaïi theo nguyeân lyù laøm vieäc:

- Chöng caát ñôn giaûn

- Chöng baèng hôi nöôùc tröïc tieáp

- Chöng caát

2.3. Phaân loaïi theo phöông phaùp caáp nhieät ôû ñaùy thaùp:

- Caáp nhieät tröïc tieáp

- Caáp nhieät giaùn tieáp

Vaäy: ñoái vôùi heä Nöôùc – Axit axetic, ta choïn phöông phaùp chöng caát lieân tuïc caáp nhieät

giaùn tieáp baèng noài ñun ôû aùp suaát thöôøng.

Thieát bò chöng caát:

Trong saûn xuaát thöôøng duøng nhieàu loaïi thieát bò khaùc nhau ñeå tieán haønh chöng caát. Tuy

nhieân yeâu caàu cô baûn chung cuûa caùc thieát bò vaãn gioáng nhau nghóa laø dieän tích beà maët tieáp

4

Ñoà aùn moân hoïc QT & TB GVHD : Hoaøng Minh

Nam

Thaùp chöng caát maâm choùp Axit axetic – Nöôùc SVTH : Mai Thò Ngoïc Haï

xuùc pha phaûi lôùn, ñieàu naøy phuï thuoäc vaøo möùc ñoä phaân taùn cuûa moät löu chaát naøy vaøo löu chaát

kia. Neáu pha khí phaân taùn vaøo pha loûng ta coù caùc loaïi thaùp maâm, neáu pha loûng phaân taùn vaøo

pha khí ta coù thaùp cheâm, thaùp phun,… ÔÛ ñaây ta khaûo saùt 2 loaïi thöôøng duøng laø thaùp maâm vaø

thaùp cheâm.

 Thaùp maâm: 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. Tuøy theo caáu taïo cuûa

ñóa, ta coù:

Thaùp maâm choùp : treân maâm boá trí coù choùp daïng troøn, xupap, chöõ s…, coù raõnh xung quanh ñeå

pha khí ñi qua vaø oáng chaûy chuyeàn coù hình troøn.

- Thaùp maâm xuyeân loã: treân maâm coù nhieàu loã hay raõnh

 Thaùp cheâm (thaùp ñeäm): thaùp hình truï, goàm nhieàu baäc noái vôùi nhau baèng maët bích hay

haøn. Vaät cheâm ñöôïc cho vaøo thaùp theo moät trong hai phöông phaùp: xeáp ngaãu nhieân

hay xeáp thöù töï.

So saùnh öu nhöôïc ñieåm cuûa caùc loaïi thaùp:

Vaäy ta söû duïng thaùp maâm choùp ñeå chöng caát hoãn hôïp AXIT AXETIC – NÖÔÙC

II. GIÔÙI THIEÄU SÔ BOÄ VEÀ TÍNH CHAÁT NGUYEÂN LIEÄU :

1. Axit axetic:

1.1. Tính chaát:

Axit axetic noùng chaûy ôû 16,6oC, ñieåm soâi 118oC, hoãn hôïp trong nöôùc vôùi moïi tyû leä. Trong

quaù trình hoãn hôïp vôùi nöôùc coù söï co theå tích, vôùi tyû troïng cöïc ñaïi, chöùa 73% axit axetic (D :

1,078 vaø 1,0553 ñoái vôùi axit thuaàn khieát).

Ngöôøi ta khoâng theå suy ra ñöôïc haøm löôïng axit axetic trong nöôùc töø tyû troïng cuûa noù,

ngoaïi tröø ñoái vôùi caùc haøm löôïng döôùi 43%.

Tính aên moøn kim loaïi:

 Axit axetic aên moøn saét.

Thaùp cheâm Thaùp maâm xuyeân loã Thaùp maâm choùp

Öu

ñieåm

- Caáu taïo khaù ñôn giaûn.

- Trôû löïc thaáp.

- Laøm vieäc ñöôïc vôùi chaát loûng

baån neáu duøng ñeäm caàu coù ρ ≈ ρ

cuûa chaát loûng.

- Trôû löïc töông ñoái thaáp.

- Hieäu suaát khaù cao.

- Laøm vieäc ñöôïc vôùi chaát

loûng baån.

- Khaù oån ñònh.

- Hieäu suaát cao

Nhöôïc

ñieåm

- Do coù hieäu öùng thaønh → hieäu

suaát truyeàn khoái thaáp.

- Ñoä oån ñònh khoâng cao, khoù vaän

haønh.

- Do coù hieäu öùng thaønh → khi

taêng naêng suaát thì hieäu öùng thaønh

taêng → khoù taêng naêng suaát.

- Thieát bò khaù naëng neà.

- Keát caáu khaù phöùc taïp. - Coù trôû löïc lôùn.

- Tieâu toán nhieàu

vaät tö, keát caáu

phöùc taïp.

5

Ñoà aùn moân hoïc QT & TB GVHD : Hoaøng Minh

Nam

Thaùp chöng caát maâm choùp Axit axetic – Nöôùc SVTH : Mai Thò Ngoïc Haï

 Nhoâm bò aên moøn bôûi axit loaõng, noù ñeà khaùng toát ñoái vôùi axit axetic ñaëc vaø thuaàn

khieát. Ñoàng vaø chì bò aên moøn bôûi axit axetic vôùi söï hieän dieän cuûa khoâng khí.

 Thieác vaø moät soá loaïi theùp nikel – crom ñeà khaùng toát ñoái vôùi axit axetic.

Axit axetic thuaàn khieát coøn goïi laø axit glaxial bôûi vì noù deã daøng ñoâng ñaëc keát tinh nhö

nöôùc ñaù ôû döôùi 17oC, ñöôùc ñieàu cheá chuû yeáu baèng söï oxy hoùa ñoái vôùi andehit axetic. Khoâng

maøu saéc, vò chua, tan trong nöôùc vaø coàn etylic.

1.2. Ñieàu cheá:

Axit axetic ñöôïc ñieàu cheá baèng caùch:

1) Oxy hoùa coù xuùc taùc ñoái vôùi coàn etylic ñeå bieán thaønh andehit axetic, laø moät giai ñoaïn trung

gian. Söï oxy hoùa keùo daøi seõ tieáp tuïc oxy hoùa andehit axetic thaønh axit axetic.

CH3CHO + ½ O2 = CH3COOH

C2H5OH + O2 = CH3COOH + H2O

2) Oxy hoùa andehit axetic ñöôïc taïo thaønh baèng caùch toång hôïp töø acetylen.

Söï oxy hoùa andehit ñöôïc tieán haønh baèng khí trôøi vôùi söï hieän dieän cuûa coban axetat. Ngöôøi

ta thao taùc trong andehit axetic ôû nhieät ñoä gaàn 80oC ñeå ngaên chaën söï hình thaønh peroxit. Hieäu

suaát ñaït 95 – 98% so vôùi lyù thuyeát. Ngöôøi ta ñaït ñöôïc nhö theá raát deã daøng sau khi cheá axit

axetic keát tinh ñöôïc.

CH3CHO + ½ O2  →

Coban axetat ôû 80 C

o

CH3COOH

3) Toång hôïp ñi töø coàn metylic vaø Cacbon oxit.

Hieäu suaát coù theå ñaït 50 – 60% so vôùi lyù thuyeát baèng caùch coá ñònh cacbon oxit treân coàn

metylic qua xuùc taùc.

Nhieät ñoä töø 200 – 500oC, aùp suaát 100 – 200atm:

CH3OH + CO → CH3COOH

vôùi söï hieän dieän cuûa metaphotphit hoaëc photpho – vonframat kim loaïi 2 vaø 3 hoùa trò (chaúng

haïn saét, coban).

1.3. ÖÙng duïng:

Axit axetic laø moät axit quan troïng nhaát trong caùc loaïi axit höõu cô. Axit axetic tìm ñöôïc raát

nhieàu öùng duïng vì noù laø loaïi axit höõu cô reû tieàn nhaát. Noù ñöôïc duøng ñeå cheá taïo raát nhieàu hôïp

chaát vaø ester. Nguoàn tieâu thuï chuû yeáu cuûa axit axetic laø:

 Laøm daám aên (daám aên chöùa 4,5% axit axetic).

 Laøm ñoâng ñaëc nhöïa muû cao su.

 Laøm chaát deûo tô sôïi xenluloza axetat – laøm phim aûnh khoâng nhaïy löûa.

 Laøm chaát nhöïa keát dính polyvinyl axetat.

 Laøm caùc phaåm maøu, döôïc phaåm, nöôùc hoa toång hôïp.

 Axetat nhoâm duøng laøm chaát caén maøu (mordant trong ngheà nhuoäm)

 Phaàn lôùn caùc ester axetat ñeàu laø caùc dung moâi, thí duï: izoamyl axetat hoøa tan ñöôïc

nhieàu loaïi nhöïa xenluloza.

2. Nöôùc:

Trong ñieàu kieän bình thöôøng: nöôùc laø chaát loûng khoâng maøu, khoâng muøi, khoâng vò nhöng

khoái nöôùc daøy seõ coù maøu xanh nhaït.

6