Đề tài Nghiên cứu xác định chế độ làm việc của tháp trích ly axit axetic – toluen

Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 427 NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA THÁP TRÍCH LY AXIT AXETIC – TOLUEN RESEARCHING TO DEFINE THE WORKING REGIME OF EXTRACTION TOWER AXETIC ACID - TOLUENE SVTH: VŨ MẠNH DUY - NGUYỄN THỊ HẢI VINH Lớp 05H, Trường Cao Đẳng Công Nghệ, Đại Học Đà Nẵng GVHD: ThS NGUYỄN THANH HỘI Khoa Hóa, Trường Cao Đẳng Công Nghệ, Đại Học Đà Nẵng TÓM TẮT Trích ly là một quá trình quan trọng ngành công nghiệp hoá học hiện nay,cũng là một bước quan trọng trong dây chuyền sản xuất trực tiếp ra sản phẩm. Đề tài này tập trung nghiên cứu về quá trình trích ly lỏng – lỏng một bậc ngược chiều, và những ảnh hưởng của các thông số khác đến quá trình nhằm tìm cách nâng cao hiệu suất quá trình một cách tối ưu nhất. ABSTRACT Nowaday, extraction is not only an important process in chemical industry but also an important step in producing goods direct line. This article focus on researching “ the process of the opposite direction - one liquid - liquid extraction” and the effects of other parameters to the process in order to improve productivity optimally. 1. Đặt vấn đề Trong thời kỳ đổi mới, nền công nghiệp nước ta có bước chuyển biến cả về quy mô và cơ cấu phát triển. Nhiều ngành công nghiệp then chốt cùng với những mô hình tổ chức sản xuất mới đã được hình thành và phân bố hợp lý gắn liền với lợi ích từng vùng, lãnh thổ. Trong đó, ngành công nghệ lọc dầu là một trong những ngành có nhiều đóng góp quan trọng đối với nền kinh tế. Các sản phẩm của ngành được sử dụng rộng rãi trên thị trường. Mà các sản phẩm này là những hỗn hợp bao gồm nhiều hợp chất phức tạp, mỗi hợp chất lại được ứng dụng trong mỗi ngành công nghiệp khác nhau. Do vậy việc nghiên cứu, tìm ra các phương pháp kỹ thuật để thực hiện quá trình phân riêng các hợp chất là vô cùng quan trọng. Quá trình trích ly không những là một quá trình được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hoá học và thực phẩm nói chung mà nó còn có ý nghĩa rất quan trọng đối với ngành công nghệ lọc dầu: quá trình trích ly được sử dụng để trích ly các hợp chất thơm tồn tại trong dầu cơ sở có tính nhờn nhằm điều chế các loại dầu nhờn, quá trình khử asphalt của phần cặn chưng cất chân không, hay quá trình trích ly các hợp chất thơm BTX( Benzen,Toluen, Xylen) trong các loại nhiên liệu. Trong các ứng dụng trên thì việc trích ly các hợp chất thơm BTX là rất quan trọng, đặc biệt Toluen được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp như: làm dung môi hoà tan cho nhiều loại vật liệu (sơn, chất hoá học, cao su, chất kết dính, mực in…). Với vai trò quan trọng như vậy thì việc nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly là rất cần thiết. Do vậy, chúng tôi tiến hành nghiên cứu về quá trình trích ly dung dịch axit axetic – toluen trên thiết bị trích ly lỏng - lỏng ngược chiều. Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 428 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG TRÍCH LY 1 : Thùng cao vị chứa nước 2 : Thùng cao vị chứa nguyên liệu 3 : Thùng chứa nguyên liệu 4 : Lưu lượng kế 5 : Bơm ly tâm 6 : Tháp trích ly 7 : Tháp chưng 8 : Kính quan sát 9 : Cánh khuấy 10: Ống quan sát mực chất lỏng 2. Nội dung 2.1. Sơ đồ thiết bị 2.2. Thuyết minh sơ đồ: Quá trình trích ly axit axetic – toluen trong thiết bị trích ly ngược dòng một bậc ở đây được tiến hành ở nhiệt độ thường ( 25o C ). Trước tiên hỗn hợp nguyên liệu cần được trích ly (dung dịch axit axetic và toluen ) được cho vào thùng chứa (3) tại đây nguyên liệu được đưa lên thùng cao vị (2) bởi bơm số (5), tại thùng cao vị (2) này nhờ lực trọng trường nguyên liệu cần được trích ly sẽ chảy vào phần dưới của tháp trích ly (6). Lưu lượng nguyên liệu chảy vào thiết bị số (6) sẽ được điều chỉnh bởi lưu lượng kế (4). Cấu tạo và nguyên lý vận hành tháp như sau: tháp gồm một ống hình trụ, bên trong được lắp các đĩa để tăng diện tích tiếp xúc giữa các chất lỏng khi đi qua tháp. Pha nặng ( nước ) được cho vào ở đỉnh tháp từ thùng cao vị (1) và lưu lượng nước vào ở đây cũng được khống chế sao cho phù hợp với khả năng làm việc của tháp trích ly bởi lưu lượng kế (4), còn pha nhẹ ( dung môi hữu cơ axit axetic – toluen ) thì được cho vào ở dưới đáy tháp. Lưu lượng của pha liên tục có thể được điều chỉnh tại mức độ mong muốn. Sau khi chạy pha liên tục, bề mặt phân pha có thể bị dao động. Với bề mặt phân pha đã được xác lập mới bắt đầu cho pha phân tán. Khi pha phân tán choáng đầy tháp tiến hành chạy cánh khuấy. Sau khi xác lập được trạng thái bền vững ( có thể mất khoảng 30 phút ). Ta biết được sự phân lớp nhờ vào kính quan sát (8). Lúc đó thì các mẫu sản phẩm sẽ được lấy ra: tại đỉnh tháp ta lấy được pha giàu toluen ( pha này chứa rất ít hàm lượng axit axetic và nước ). Còn dòng ra khỏi đáy tháp sẽ rất nhiều axit axetic ( pha này chủ yếu là axit axetic, nước và chứa rất ít hàm lượng toluen còn trộn lẫn ). 2.3. Xử lý sản phẩm: Sản phẩm đáy thu được ta trích 10ml đem đi chuẩn độ NaOH 3M, sau đó ghi lại số liệu các lần chuẩn. Đây là những số liệu được sử dụng để tính hiệu suất của quá trình. Tương tự sản phẩm đỉnh cũng được chuẩn với dung dịch NaOH nhưng ở nồng độ 0.1 M.  Thu hồi axit axetic và toluen : Sản phẩm đáy gồm chủ yếu là axit axetic, nước và một ít toluen. Để thu hồi exit, ta đưa vào tháp chưng. Còn toluen ở sản phẩm đỉnh ta thu hồi bằng phương pháp chiết. 3. Kết quả thực nghiệm. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến quá trình trích ly Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 429 Bảng 1.2: Các thông số tính toán Lưu lượng nước vào (lít/giờ) Lưu lượng hỗn hợp nguyên liệu (lít) Tốc độ cánh khuấy (vòng/phút) Thể tích NaOH 3M chuẩn độ Sản phẩm đáy (ml) Nồng độ CH3COOH (%) Thể tích CH3COOH thực tế (ml) Thể tích CH3COOH lý thuyết (ml) Hiệu suất của quá trình (%) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 5 2 150 1.905 3.289 1.67 0.329 19.701 5 2 170 2.95 4.934 1.67 0.493 29.521 5 2 190 6.15 9.868 1.67 0.987 59.102 5 2 200 3.8 6.03 1.67 0.603 36.108 Ảnh hưởng của lưu lượng nước đến quá trình trích ly Bảng 2.2: Các thông số tính toán Lưu lượng nước vào ( lít/giờ) Lưu lượng hỗn hợp nguyên liệu (lít) Tốc độ cánh khuấy (vòng/phút) Thể tích NaOH 3M chuẩn độ Sản phẩm đáy (ml) Nồng độ của CH3COOH (%) Thể tích CH3COOH thực tế,(ml) Thể tích CH3COOH lý thuyết (ml) Hiệu suất quá trình (%) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 2.5 2 190 3.055 5.145 2.86 0.515 18.007 5 2 190 3.55 6.289 1.67 0.629 37.665 7.5 2 190 4.4 7.432 1.17 0.743 63.504 10 2 190 4.75 8.004 0.91 0.8 87.912 4. Đồ thị biểu diễn: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến quá trình trích ly Nhận xét: Qua đồ thị ta thấy khi tốc độ khuấy tăng thì hiệu suất của quá trình tăng. Nhưng đến một giá trị tới hạn hiệu suất không tăng nữa mà giảm xuống: Khi ta tăng tốc độ khuấy thì làm tăng Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến quá trình trích ly 0 10 20 30 40 50 60 70 0 50 100 150 200 250 Tốc độ cánh khuấy (vòng/phút) Hi ệu su ất (% ) Hiệu suất suất của quá trình, (%) Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 430 diện tích tiếp xúc của các cấu tử với nhau, nước phân tán, len lỏi vào hỗn hợp axit axetic - toluen để cuốn theo các cấu tử axit xuống , còn toluen không tan trong nước và nhẹ hơn nước nên nổi lên trên. Nhưng khi tốc độ khuấy quá cao làm tăng áp lực, gây va đập mạnh làm cho cấu trúc hạt phân tử bị phá huỷ và gây nên những rung động ảnh hưởng đến thiết bị. Vậy tốc độ khuấy tối ưu trong quá trình nghiên cứu là 19 vòng/ phút.  Ảnh hưởng của lưu lượng nước đến quá trình trích ly Biểu đồ thể hiện sự ảnh hưởng của lưu lượng nước vào đến hiệu suất của quá trình trích ly 0 20 40 60 80 100 0 5 10 15 Lưu lượng nước vào, lít/h Hi ệu su ât, % Hiệu suất của quá trình trích ly % Nhận xét : Qua đồ thị ta thấy : Khi tăng lưu lượng nước vào thì hiệu suất trích ly cũng tăng. Hiệu suất tối ưu nhất khi đầu vào của lưu lượng nước là 10 l/h. Giải thích : Khi lưu lượng nước vào tăng kéo theo lượng nước hấp thụ axit tăng lên làm cho kết quả trích ly cũng tăng. Lưu ý: Không được tăng lưu lượng nước vào quá cao sẽ gây khó khăn cho quá trình thu hồi axit axetic. Kết luận Vì tầm quan trọng của quá trình trích ly trong ngành công nghiệp hoá học - thực phẩm, đặc biệt là trong ngành công nghệ lọc dầu, việc nghiên cứu và tìm ra các điều kiện tối ưu để tiến hành quá trình trích ly đạt hiệu quả cao nhất là rất cần thiết. Ở đây, chúng tôi chỉ mới tìm hiểu về ảnh hưởng của tốc độ khuấy và lưu lượng nước vào đến hiệu suất của quá trình trích ly hỗn hợp toluen – axit axetic. Kết quả của việc nghiên cứu cho thấy khi tăng tốc độ khuấy thì hiệu suất tăng, nhưng đó là một giá trị tới hạn. Đồng thời hiệu suất của quá trình cũng tỉ lệ thuận với việc tăng lưu lượng nước vào. Qua quá trình thực nghiệm thu được kết quả tối ưu nhất: tốc độ khuấy 190 vòng / phút và lưu lượng nước vào 10 l/h. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đỗ Văn Đài, Nguyễn Bin, Phạn Xuân Toản, Đỗ Ngọc Cử, Đinh Văn Huỳnh (2000), Cơ sở các quá trình và thiết bị công nghệ hoá học, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội xuất bản. [2] Nguyễn Bin, Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hoá chất và thực phẩm, Nxb Khoa học và kỹ thuật. [3] Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Pham Xuân Toản, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất (1999), Nxb Khoa học và kỹ thuật [4] Các trang web: www.vocw.edu.vn, www.wikipedia.com, www.ebook.vn