TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG LUYỆN HỖN HỢP HAI CẤU TỬ CS2 – CCl4

1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

NGÀNH QUÀ TRÌNH - THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG

LUYỆN HỖN HỢP HAI CẤU TỬ CS2 – CCl4

Người thiết kế: Đậu Văn Viên

Lớp: Hóa dầu - QN

Lớp: K48

Người hướng dẫn: Nguyễn Hữu Tùng

Hà Nội 2007

2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

BỘ MÔN QT – TB CÔNG NGHỆ HÓA THỰC PHẨM

NHIỆM VỤ

THIẾT KẾ MÔN HỌC

Họ và tên: Đậu Văn Viên

Lớp: Hóa dầu – K48 QN

Nhóm 2

I. Đầu đề thiết kế

Thiết kế và tính toán hệ thống chưng luyện liên tục làm việc ở áp suất thường để

tách hỗn hợp hai cấu tử CS2 – CCl4.

Hỗn hợp đầu vào tháp ở nhiệt độ sôi

Lọai tháp:

II. Các số liệu ban đầu

- Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu:

- Nồng độ tính theo cấu tử dễ bay hơi:

+ Hỗn hợp đầu(aF):

+ Sản phẩm đỉnh(ap):

+ Sản phẩm đáy(aw):

III. Yêu cầu thiết kế

1. Phần mở đầu

2. Vẽ thuyết minh dây chuyền sản xuất

3. Tính toán thiết bị chính:

a. Tính cân bằng vật liệu toàn thiết bị

b. Tín đường kính và chiều cao tháp

c. Tính trở lực

d. Tính toán cơ khí

4. Tính và chọn thiết bị phu

Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu và bơm

3

5. Kết luận

6. Tài liệu tham khảo

IV. Các bản vẽ và đồ thị

Bản vẽ dây chuyền sản xuất: A4

Bản vẽ thiết bị chính: A1

V. Cán bộ hướng dẫn: Nguyễn Hữu Tùng

VI. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế:

VI. Ngày hoàn thành: 19/ 11/2007

Ngày ......... tháng ......... năm 2007

Ban chủ nhiệm khoa Cán bộ hướng dẫn thiết kế

(Họ tên và chữ ký) (họ tên và chữ ký)

Đánh giá kết quả:

Điểm thiết kế:

Điểm bảo vệ:

Điểm tổng hợp:

Ngày ........ tháng ........ năm 2007 Ngày ........ tháng ........năm 2007

Cán bộ chấm bài Người nhận

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

4

Lời mở đầu

Trong lịch sử loài người việc chưng tách các cấu tử được ứng dụng từ rất sớm

để tách các loại tinh dầu, khi axit sunfuric, axit nitric và đặc biệt là từ khi rượu được

khám phá thì chưng cất trở thành phương pháp hết sức quan trọng. Ngày nay chưng

cất phát triển rất mạnh được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống. Đặc

biệt đối với nhiều ngành trong công nghệ hóa chất thì chưng cất là một khâu quan

trọng không thể thiếu.

Đối với nhiều quá trình công nghệ yêu cầu tách hỗn hợp các chất với nồng độ

cao, năng suất lớn do đó người ta sử dụng phương pháp chưng luyện liên tục.

Chưng luyện là phương pháp dùng nhiệt để tách hỗn hợp các cấu tử có nhiệt độ sôi

khác nhau có hồi lưu trở lại một lượng sản ở sản phẩm đỉnh. Do đó chỉ số hồi lưu là

thông số quan trọng nhất quyết định tính kinh tế và kĩ thuật của quá trình chưng

luyện.

Đồ án này tính toán và thiết kế tháp chưng luyện liên tục ở áp suất khí quyển

hỗn hợp hợp gồm hai cấu tử CS2 – CCl4. Thông thường người ta điều chế CCl4 bằng

cách clo hóa CS2 nên việc chưng tách hỗn hợp này là rất quan trọng và có ý nghĩa

lớn trong thực tế. Đây là hỗn hợp hai cấu tử ở dạng lỏng tan lẫn vào nhau có nhiệt

độ sôi cách xa nhau. CS2 có nhiệt độ sôi là 42,20C, rất độc nên dùng làm thuốc trừ

sâu trong nông nghiệp, là dung môi rất tốt cho nhiều chất như brom, iot, lưu huỳnh,

photpho, chất béo, sáp, nhựa, cao su v.v…Trên thực tế CS2 thường dùng được làm

dung môi và chất chiết. Phần lớn lượng CS2 được sản xuất là để dùng vào công

nghiệp sợi. CCl4 có nhiệt độ sôi là 770C thường được dùng để làm dung môi không

cháy đối với các chất béo và dùng để dập tắt lửa.

Đồ án tính toán, thiết kế này nhằm giúp thành thạo và ngày càng hoàn thiện hơn

các kỹ năng tính toán, khả năng tra cứu tài liệu. Đồng thời giúp hiểu sâu sắc hơn về

phương pháp chưng cất nói chung và phương pháp chưng luyện nói riêng bổ sung

vào kiến thức môn hóa công cũng như các môn học liên quan.

5

Chú thích:

1. Thùng chứa hỗn hợp đầu

2. Bơm

3. Thùng cao vị

4. Thiết bị ống chùm để gia nhiệt hỗn hợp đầu

5. Tháp chưng luyện

6. Thiết bị ống chùm ngưng tụ sản phẩm đỉnh

7. Thiết bị phân chia dòng hồi lưu

8. Thiết bị ống chùm làm lạnh sản phẩm đỉnh

9. Thiết bị đun bốc hơi đáy tháp

10.Thùng chứa sản phẩm đỉnh

11.Cửa tháo nước ngưng

12.Thùng chứa sản phẩm đáy

Nguyên lí hoạt động

Hỗn hợp CS2 và CCl4 từ thùng chứa ban đầu (1) được bơm lên thùng cao vị

bằng bơm (2). Chất lỏng trên thùng cao vị nếu vượt quá mức quy định thì sẽ được

cho chảy trở lại thùng chứa (1) đầy thùng chứa. Hỗn hợp CS2 – CCl4 từ thùng cao

vị sẽ đi qua thiết gia nhiệt hỗn hợp đầu. Ở đây hỗn hợp đầu được đun nóng đến

nhiệt độ sôi bằng hơi nước bão hòa sau đó đi và tháp chưng luyện (5) tại đĩa tiếp

liệu.Trong tháp chưng luyện hơi đi từ dưới lên và lòng đi từ trên xuống quá trình

chuyển khối xảy ra trong các lớp đệm của thiết bi. Theo chiều cao tháp thì càng lên

cao nhiệt độ càng giảm do đó CCl4 có nhiệt độ sôi thấp hơn sẽ ngưng tụ lại thành

lỏng đi xuống phía đáy tháp đồng thời nhiệt tỏa ra khi ngưng tụ sẽ giúp làm bay hơi

CS2. Do đó hơi đi lên từ đáy tháp chứa chủ yếu là CS2 và ở đáy tháp là hỗn hợp giàu

CCl4. Hơi ở đỉnh tháp chứa một ít CCl4 đi qua thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh (6)

ngưng tụ thành lỏng và nhờ thiết bị phân chia dòng (7) thì một phần sản đỉnh được

hồi lưu trở lại tháp để tăng độ tinh khiết của sản phẩm đỉnh. Phần còn lại nồng độ

đạt yêu cầu được đưa qua thiết bị làm lạnh (8) để làm lạnh đến nhiệt độ thường

trước khi đi vào thiết bị chứa sản phẩm đỉnh (10). Hỗn ở sản phẩm lỏng ở đáy tháp

một phần cũng được hồi lưu trở lại, được đun bốc hơi nhờ thiết bị (9) và đi vào đáy

thiết bị chưng luyện. Phần còn lại được đưa vào thiết bị chứa sản phẩm đáy (11).

6

Phần III. TÍNH TOÁN KĨ THUẬT VÀ THIẾT BỊ CHÍNH

I.Đổi nồng độ phần khối lượng sang nồng độ phần mol

Ta có nồng độ mol của cấu tử dễ bay hơi:

x =

B

B

A

A

A

A

M

a

M

a

M

a



, phần mol [II – 126]

Nồng đô mol của CS2 trong hỗn hợp đầu

F

x =

2 4

2

CCl

F

CS

F

CS

F

M

a

M

a

M

a



=

154

1 0.22

76

0.22

76

0.22





= 0.36 phần mol;

Nồng độ mol của CS2 trong hỗn hợp sản phẩm đỉnh:

P

x =

2 4

2

1

CCl

P

CS

P

CS

P

M

a

M

a

M

a





=

154

1 0.97

76

0.97

76

0.97





= 0.98 phần mol;

Nồng độ mol của CS2 trong hỗn hợp sản phẩm đáy:

xW =

2 4

2

1

CCl

w

CS

w

CS

w

M

a

M

a

M

a





=

154

1 0.005

76

0.005

76

0.005





= 0.01 phần mol.

II/ Biểu diễn đường cân bằng pha

Hình II.2.1

III. Giải cân bằng vật liệu

III.1. Tính theo phần khối lượng (kg/s)

- Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp:

F  P W

-Đối với cấu tử dễ bay hơi: F.xF  P.x p W.xW

Do đó ta có:

W =

P w

F P

a a

F a a



(  )

=

0,97 0,005

5,2.(0,97 0,22)





= 4,04 kg/s

P  F W = 5,02 – 4,04 = 1,16 kg/s

III.2 Tính theo phần mol (mol/s)