baby_nolove
New Member
Download Đồ án Nghiên cứu thiết kế, tính toán hệ thống tháp chưng cất miễn phí
Axit axetic là một axit quan trọng nhất trong các loại axit hữu cơ. Axit axetic tìm được rất nhiều ứng dụng vì nó là loại axit hữu cơ rẻ tiền nhất. Nó được dùng để chế tạo rất nhiều hợp chất và este. Nguồn tiêu thụ chủ yếu của axit axetic là:
Làm dầu ăn (dấm ăn chứa 4,5% axit axetic).
Làm chất đông đặc nhựa mủ cao su.
Làm chất dẻo tơ sợi xenluloza axetat-làm phim ảnh không nhạy lửa.
Làm chất nhựa kết dính poly vinyl axetat.
Làm các phẩm màu, dược phẩm, nước hoa tổng hợp.
Axetat nhôm dùng làm chất cắn màu (mordant trong nghề nhuộm).
Phần lớn các ester axetat đều là các dung môi, ví dụ: Izoamyl axetat hoà tan được nhiều loại nhựa xenluloza.
Ưu điểm của quá trình chưng bằng hơi nước trực tiếp là giảm được nhiệt độ sôi của hỗn hợp, nghĩa là chúng ta có thể chưng được ở nhiệt độ sôi của từng cấu tử. Điều này rất có lợi đối với các chất dễ bị phân huỷ ở nhiệt độ cao cũng như đối với các chất có nhiệt độ sôi quá cao mà khi chưng gián tiếp đòi hỏi dùng hơi áp suất cao. Chưng bằng hơi nước trực tiếp có thể tiến hành gián đoạn hay liên tục.
Trong cả 2 trường hợp người ta đều phải dùng cách đốt gián tiếp để đun bốc hơi hỗn hợp. Lượng hơi nước trực tiếp đi vào hỗn hợp chỉ có nhiệm vụ mang cấu tử dễ bay hơi ra mà thôi.
1.1.2.4. Chưng luyện [5]
Chưng cất có hồi lưu
Để nâng cao khả năng phân chia hỗn hợp lỏng, người ta tiến hành cho hồi lưu một phần sản phẩm đỉnh. Nhờ sự tiếp xúc thêm một lần giữa pha lỏng (hồi lưu) và pha hơi trong tháp được làm giàu thêm cấu tử nhẹ nhờ đó mà độ phân chia cao hơn.
Chưng cất có tinh luyện
Sản phẩm ra khỏi đỉnh
Dựa vào quá trình trao đổi chất nhiều lần giữa pha lỏng và hơi nhờ vào các đĩa hay đệm. Chưng cất sẽ có độ phân chia cao hơn nếu kết hợp với hồi lưu.
Hơi bay lên
chất lỏng
chất lỏng
đi xuống
Hơi từ
dưới lên
Giai đoạn cân bằng
Nhiệt độ thay đổi
Sản phẩm đáy
Nhiệt độ vào
Nhiên liệu lỏng
Hình 1.4. Sơ đồ tiếp xúc giữa dòng lỏng và hơi trong tháp chưng cất
1.1.3. Các thiết bị chưng cất [6]
Ta có thể phân biệt chưng cất ra thành quy trình một lần như trong phòng thí nghiệm để tách một hóa chất tinh khiết ra khỏi một hỗn hợp, và chưng cất liên tục, như trong các tháp chưng cất trong công nghiệp.
Trong nhiều trường hợp có một tỷ lệ nhất định của hỗn hợp hai chất lỏng mà không thể tiếp tục tách bằng phương pháp chưng cất được nữa. Các hỗn hợp này được gọi là hỗn hợp đẳng phí.
Nếu muốn tăng nồng độ của cồn phải dùng đến các phương pháp tinh cất đặc biệt khác. Có thể sử dụng các loại tháp chưng cất sau:
- Tháp chưng cất dùng mâm xuyên lỗ hay mâm đĩa lưới.
- Tháp chưng cất dùng mâm chóp.
- Tháp đệm (tháp chưng cất dùng vật chêm).
Nhận xét về ưu khuyết điểm của từng loại tháp - Tháp mâm xuyên lỗ Ưu điểm:
Chế tạo đơn giản, vệ sinh dễ dàng, trở lực thấp hơn tháp chóp, ít tốn kim loại hơn tháp chóp. Nhược điểm:
Yêu cầu lắp đặt cao: Mâm lắp phải rất phẳng, đối với tháp có đường kính quá lớn (>2.4m) ít dùng mâm xuyên lỗ vì khi đó chất lỏng phân phối không đều trên đĩa. - Tháp chóp Ưu điểm:Hiệu suất truyền khối cao, ổn định, ít tiêu hao năng lượng hơn nên có số mâm ít hơn.
Nhược điểm: Chế tạo phức tạp, trở lực lớn. - Tháp đệm Ưu điểm: Chế tạo đơn giản, trở lực thấp. Nhược điểm:
Hiệu suất thấp, kém ổn định do sự phân bố các pha theo tiết diện tháp không đều, sử dụng tháp chêm không cho phép ta kiểm soát quá trình chưng cất theo không gian tháp trong khi đó ở tháp mâm thì quá trình thể hiện qua từng mâm 1 cách rõ ràng, tháp đệm khó chế tạo được kích thước lớn ở quy mô công nghiệp.
Bảng 1.1 So sánh ưu và nhược điểm của các loại tháp.
Tháp đệm.
Tháp mâm xuyên lỗ.
Tháp mâm chóp.
Ưu điểm
- Đơn giản.
- Trở lực thấp.
- Hiệu suất tương đối cao.
- Hoạt động khá ổn định.
- Làm việc với chất lỏng bẩn.
- Hiệu suất cao.
- Hoạt động ổn định.
Nhược điểm
- Hiệu suất thấp.
- Độ ổn định kém.
- Thiết bị nặng.
- Trở lực khá cao.
- Yêu cầu lắp đặt khắt khe.
- Lắp đĩa thật phẳng.
- Cấu tạo phức tạp
- Trở lực lớn.
Hình 1.5. Hình minh họa tháp chóp [5]
Hình 1.6. Hình minh hoạ đĩa mâm lỗ [5]
Hình 1.7. Hình minh họa cho tháp đĩa đệm [5]
1.2. GIỚI THIỆU SƠ BỘ VỀ NGUYÊN LIỆU [7]
1.2.1 Nước
1.2.1.1. Khái niệm
Nước là một hợp chất hóa học của oxy và hydro, có công thức hóa học là H2O. Với các tính chất lí hóa đặc biệt (ví dụ như tính lưỡng cực, liên kết hydro và tính bất thường của khối lượng riêng) nước là một chất rất quan trọng trong nhiều ngành khoa học và trong đời sống 70% diện tích của Trái Đất được nước che phủ nhưng chỉ 0,3% tổng lượng nước trên Trái Đất nằm trong các nguồn có thể khai thác dùng làm nước uống.
Bên cạnh nước “thông thường” còn có nước nặng và nước siêu nặng. Ở các loại nước này, các nguyên tử hydro bình thường được thay thế bởi các đồng vị đơteri và triti. Nước nặng có tính chất vật lý (điểm nóng chảy cao hơn, nhiệt độ sôi cao hơn, khối lượng riêng cao hơn) và hóa học khác với nước thường.
1.2.1.2. Cấu tạo
*). Hình học của phân tử nước
Phân tử nước
Phân tử nước bao gồm hai nguyên tử hydro và một nguyên tử oxy. Về mặt hình học thì phân tử nước có góc liên kết là 104,45°. Do các cặp điện tử tự do chiếm nhiều chỗ nên góc này sai lệch đi so với góc lý tưởng của hình tứ diện. Chiều dài của liên kết O-H là 96,84 picomet.
*). Tính lưỡng cực
Tính lưỡng cực
Oxy có độ âm điện cao hơn hydro. Việc cấu tạo thành hình ba góc và việc tích điện từng phần khác nhau của các nguyên tử đã dẫn đến cực tính dương ở các nguyên tử hydro và cực tính âm ở nguyên tử oxy, gây ra sự lưỡng cực. Dựa trên hai cặp điện tử đơn độc của nguyên tử oxy, lý thuyết VSEPR đã giải thích sự sắp xếp thành góc của hai nguyên tử hydro, việc tạo thành moment lưỡng cực và vì vậy mà nước có các tính chất đặc biệt. Vì phân tử nước có tích điện từng phần khác nhau nên một số sóng điện từ nhất định như sóng cực ngắn có khả năng làm cho các phân tử nước dao động, dẫn đến việc nước được đun nóng. Hiện tượng này được áp dụng để chế tạo lò vi sóng.
*). Liên kết hydro
Liên kết hydro
Các phân tử nước tương tác lẫn nhau thông qua liên kết hydro và nhờ vậy có lực hút phân tử lớn. Đây không phải là một liên kết bền vững. Liên kết của các phân tử nước thông qua liên kết hydro chỉ tồn tại trong một phần nhỏ của một giây, sau đó các phân tử nước tách ra khỏi liên kết này và liên kết với các phân tử nước khác.
Đường kính nhỏ của nguyên tử hydro đóng vai trò quan trọng cho việc tạo thành các liên kết hydro, bởi vì chỉ có như vậy nguyên tử hydro mới có thể đến gần nguyên tử oxy một chừng mực đầy đủ. Các chất tương đương của nước, ví dụ như dihydro sulfua (H2S), không tạo thành các liên kết tương tự vì hiệu số điện tích quá nhỏ giữa các phần liên kết. Việc tạo chuỗi của các phân tử nước thông qua liên kết cầu nối hydro là nguyên nhân cho nhiều tính chất đặc biệt của nước, ví dụ như nước mặc dù có khối lượng mol nhỏ vào khoảng 18g/mol vẫn ở thể lỏng trong điều kiện tiêu chuẩn. Ngược lại, H2S tồn tại ở dạng khí cũng ở trong những điều kiện này. Nước có khối lượng riêng lớn nhất ở 4oC và nhờ vào đó mà băng đá có thể nổi lên trên mặt nước; hiện tượng này được giải thích nhờ vào liên kết cầu nối hydro.
1.2.1.3.. Các tính chất hóa lý của nước
Cấu tạo của phân tử nước tạo nên các liên kết hydro giữa các phân tử là cơ sở cho nhiều tính chất của nư
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
pass giải nén là ketnooi.com
Nhớ thank chủ thớt nhé
Axit axetic là một axit quan trọng nhất trong các loại axit hữu cơ. Axit axetic tìm được rất nhiều ứng dụng vì nó là loại axit hữu cơ rẻ tiền nhất. Nó được dùng để chế tạo rất nhiều hợp chất và este. Nguồn tiêu thụ chủ yếu của axit axetic là:
Làm dầu ăn (dấm ăn chứa 4,5% axit axetic).
Làm chất đông đặc nhựa mủ cao su.
Làm chất dẻo tơ sợi xenluloza axetat-làm phim ảnh không nhạy lửa.
Làm chất nhựa kết dính poly vinyl axetat.
Làm các phẩm màu, dược phẩm, nước hoa tổng hợp.
Axetat nhôm dùng làm chất cắn màu (mordant trong nghề nhuộm).
Phần lớn các ester axetat đều là các dung môi, ví dụ: Izoamyl axetat hoà tan được nhiều loại nhựa xenluloza.
Ưu điểm của quá trình chưng bằng hơi nước trực tiếp là giảm được nhiệt độ sôi của hỗn hợp, nghĩa là chúng ta có thể chưng được ở nhiệt độ sôi của từng cấu tử. Điều này rất có lợi đối với các chất dễ bị phân huỷ ở nhiệt độ cao cũng như đối với các chất có nhiệt độ sôi quá cao mà khi chưng gián tiếp đòi hỏi dùng hơi áp suất cao. Chưng bằng hơi nước trực tiếp có thể tiến hành gián đoạn hay liên tục.
Trong cả 2 trường hợp người ta đều phải dùng cách đốt gián tiếp để đun bốc hơi hỗn hợp. Lượng hơi nước trực tiếp đi vào hỗn hợp chỉ có nhiệm vụ mang cấu tử dễ bay hơi ra mà thôi.
1.1.2.4. Chưng luyện [5]
Chưng cất có hồi lưu
Để nâng cao khả năng phân chia hỗn hợp lỏng, người ta tiến hành cho hồi lưu một phần sản phẩm đỉnh. Nhờ sự tiếp xúc thêm một lần giữa pha lỏng (hồi lưu) và pha hơi trong tháp được làm giàu thêm cấu tử nhẹ nhờ đó mà độ phân chia cao hơn.
Chưng cất có tinh luyện
Sản phẩm ra khỏi đỉnh
Dựa vào quá trình trao đổi chất nhiều lần giữa pha lỏng và hơi nhờ vào các đĩa hay đệm. Chưng cất sẽ có độ phân chia cao hơn nếu kết hợp với hồi lưu.
Hơi bay lên
chất lỏng
chất lỏng
đi xuống
Hơi từ
dưới lên
Giai đoạn cân bằng
Nhiệt độ thay đổi
Sản phẩm đáy
Nhiệt độ vào
Nhiên liệu lỏng
Hình 1.4. Sơ đồ tiếp xúc giữa dòng lỏng và hơi trong tháp chưng cất
1.1.3. Các thiết bị chưng cất [6]
Ta có thể phân biệt chưng cất ra thành quy trình một lần như trong phòng thí nghiệm để tách một hóa chất tinh khiết ra khỏi một hỗn hợp, và chưng cất liên tục, như trong các tháp chưng cất trong công nghiệp.
Trong nhiều trường hợp có một tỷ lệ nhất định của hỗn hợp hai chất lỏng mà không thể tiếp tục tách bằng phương pháp chưng cất được nữa. Các hỗn hợp này được gọi là hỗn hợp đẳng phí.
Nếu muốn tăng nồng độ của cồn phải dùng đến các phương pháp tinh cất đặc biệt khác. Có thể sử dụng các loại tháp chưng cất sau:
- Tháp chưng cất dùng mâm xuyên lỗ hay mâm đĩa lưới.
- Tháp chưng cất dùng mâm chóp.
- Tháp đệm (tháp chưng cất dùng vật chêm).
Nhận xét về ưu khuyết điểm của từng loại tháp - Tháp mâm xuyên lỗ Ưu điểm:
Chế tạo đơn giản, vệ sinh dễ dàng, trở lực thấp hơn tháp chóp, ít tốn kim loại hơn tháp chóp. Nhược điểm:
Yêu cầu lắp đặt cao: Mâm lắp phải rất phẳng, đối với tháp có đường kính quá lớn (>2.4m) ít dùng mâm xuyên lỗ vì khi đó chất lỏng phân phối không đều trên đĩa. - Tháp chóp Ưu điểm:Hiệu suất truyền khối cao, ổn định, ít tiêu hao năng lượng hơn nên có số mâm ít hơn.
Nhược điểm: Chế tạo phức tạp, trở lực lớn. - Tháp đệm Ưu điểm: Chế tạo đơn giản, trở lực thấp. Nhược điểm:
Hiệu suất thấp, kém ổn định do sự phân bố các pha theo tiết diện tháp không đều, sử dụng tháp chêm không cho phép ta kiểm soát quá trình chưng cất theo không gian tháp trong khi đó ở tháp mâm thì quá trình thể hiện qua từng mâm 1 cách rõ ràng, tháp đệm khó chế tạo được kích thước lớn ở quy mô công nghiệp.
Bảng 1.1 So sánh ưu và nhược điểm của các loại tháp.
Tháp đệm.
Tháp mâm xuyên lỗ.
Tháp mâm chóp.
Ưu điểm
- Đơn giản.
- Trở lực thấp.
- Hiệu suất tương đối cao.
- Hoạt động khá ổn định.
- Làm việc với chất lỏng bẩn.
- Hiệu suất cao.
- Hoạt động ổn định.
Nhược điểm
- Hiệu suất thấp.
- Độ ổn định kém.
- Thiết bị nặng.
- Trở lực khá cao.
- Yêu cầu lắp đặt khắt khe.
- Lắp đĩa thật phẳng.
- Cấu tạo phức tạp
- Trở lực lớn.
Hình 1.5. Hình minh họa tháp chóp [5]
Hình 1.6. Hình minh hoạ đĩa mâm lỗ [5]
Hình 1.7. Hình minh họa cho tháp đĩa đệm [5]
1.2. GIỚI THIỆU SƠ BỘ VỀ NGUYÊN LIỆU [7]
1.2.1 Nước
1.2.1.1. Khái niệm
Nước là một hợp chất hóa học của oxy và hydro, có công thức hóa học là H2O. Với các tính chất lí hóa đặc biệt (ví dụ như tính lưỡng cực, liên kết hydro và tính bất thường của khối lượng riêng) nước là một chất rất quan trọng trong nhiều ngành khoa học và trong đời sống 70% diện tích của Trái Đất được nước che phủ nhưng chỉ 0,3% tổng lượng nước trên Trái Đất nằm trong các nguồn có thể khai thác dùng làm nước uống.
Bên cạnh nước “thông thường” còn có nước nặng và nước siêu nặng. Ở các loại nước này, các nguyên tử hydro bình thường được thay thế bởi các đồng vị đơteri và triti. Nước nặng có tính chất vật lý (điểm nóng chảy cao hơn, nhiệt độ sôi cao hơn, khối lượng riêng cao hơn) và hóa học khác với nước thường.
1.2.1.2. Cấu tạo
*). Hình học của phân tử nước
Phân tử nước
Phân tử nước bao gồm hai nguyên tử hydro và một nguyên tử oxy. Về mặt hình học thì phân tử nước có góc liên kết là 104,45°. Do các cặp điện tử tự do chiếm nhiều chỗ nên góc này sai lệch đi so với góc lý tưởng của hình tứ diện. Chiều dài của liên kết O-H là 96,84 picomet.
*). Tính lưỡng cực
Tính lưỡng cực
Oxy có độ âm điện cao hơn hydro. Việc cấu tạo thành hình ba góc và việc tích điện từng phần khác nhau của các nguyên tử đã dẫn đến cực tính dương ở các nguyên tử hydro và cực tính âm ở nguyên tử oxy, gây ra sự lưỡng cực. Dựa trên hai cặp điện tử đơn độc của nguyên tử oxy, lý thuyết VSEPR đã giải thích sự sắp xếp thành góc của hai nguyên tử hydro, việc tạo thành moment lưỡng cực và vì vậy mà nước có các tính chất đặc biệt. Vì phân tử nước có tích điện từng phần khác nhau nên một số sóng điện từ nhất định như sóng cực ngắn có khả năng làm cho các phân tử nước dao động, dẫn đến việc nước được đun nóng. Hiện tượng này được áp dụng để chế tạo lò vi sóng.
*). Liên kết hydro
Liên kết hydro
Các phân tử nước tương tác lẫn nhau thông qua liên kết hydro và nhờ vậy có lực hút phân tử lớn. Đây không phải là một liên kết bền vững. Liên kết của các phân tử nước thông qua liên kết hydro chỉ tồn tại trong một phần nhỏ của một giây, sau đó các phân tử nước tách ra khỏi liên kết này và liên kết với các phân tử nước khác.
Đường kính nhỏ của nguyên tử hydro đóng vai trò quan trọng cho việc tạo thành các liên kết hydro, bởi vì chỉ có như vậy nguyên tử hydro mới có thể đến gần nguyên tử oxy một chừng mực đầy đủ. Các chất tương đương của nước, ví dụ như dihydro sulfua (H2S), không tạo thành các liên kết tương tự vì hiệu số điện tích quá nhỏ giữa các phần liên kết. Việc tạo chuỗi của các phân tử nước thông qua liên kết cầu nối hydro là nguyên nhân cho nhiều tính chất đặc biệt của nước, ví dụ như nước mặc dù có khối lượng mol nhỏ vào khoảng 18g/mol vẫn ở thể lỏng trong điều kiện tiêu chuẩn. Ngược lại, H2S tồn tại ở dạng khí cũng ở trong những điều kiện này. Nước có khối lượng riêng lớn nhất ở 4oC và nhờ vào đó mà băng đá có thể nổi lên trên mặt nước; hiện tượng này được giải thích nhờ vào liên kết cầu nối hydro.
1.2.1.3.. Các tính chất hóa lý của nước
Cấu tạo của phân tử nước tạo nên các liên kết hydro giữa các phân tử là cơ sở cho nhiều tính chất của nư
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
pass giải nén là ketnooi.com
Nhớ thank chủ thớt nhé
You must be registered for see links
:banghead: :banghead: :beg: