BÁO CÁO THỰC HÀNH CÁC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ HÓA HỌC BÀI 10: CHƯNG CẤT

BÁO CÁO THỰC HÀNH CÁC Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CƠNG NGHỆ HĨA HỌC BÀI 10: CHƯNG CẤT GVHD: Trương Văn Minh SV thực hiện: Nguyễn Thị Minh Anh MSSV: 18019881 Lớp: DHHC14A Nhóm: Ngày thực hiện: 22/03/2021 BÀI 10: CHƯNG CẤT Điểm Lời phê 10.1 Giới thiệu Chưng cất trình dùng để phân tách hỗn hợp lỏng – lỏng, lỏng – khí, khí – khí thành cấu tử riêng biệt dưạ vào khác độ bay cấu tử hỗn hợp Số lượng sản phẩm chưng cất phụ thuộc vào số cấu tử có hỗn hợp Đối với trường hợp hỗn hợp hai cấu tử ta có: sản phẩm đỉnh gồm cấu tử có độ bay lớn phần cấu tử có độ bay thấp, sản phẩm đáy gồm cấu tử có độ bay thấp phần cấu tử có độ bay lớn Trong trình chưng cất, pha từ lên, pha lỏng chảy di chuyển từ xuống Nồng độ cấu tử thay đổi theo chiều cao tháp, nhiệt độ làm việc thay đổi tương ứng với thay đổi nồng độ Trên đĩa xảy trình truyền khối hai pha lỏng hơi, phần pha lỏng bốc di chuyển từ pha lỏng vào pha hơi; phần pha ngưng tụ di chuyển từ pha vào pha lỏng, trình lập lại nhiều lần bốc ngưng tụ nên đỉnh tháp ta thu phần lớn cấu tử dễ bay đáy tháp ta thu phần lớn cấu tử khó bay 10.2 Mục đích thí nghiệm Khảo sát đánh giá ảnh hưởng thông số: số hồi lưu, nhiệt độ trí mâm nhập liệu đến số mâm lý thuyết, hiệu suất trình chưng cất lượng nhiệt cần sử dụng 10.3 Cơ sở lý thuyết 10.3.1 Cân vật chất Qúa trình tính tốn cân vật chất chưng cất dựa sở phương pháp Mc Cabe – Theile xem gần đường làm việc phần chưng phần cất đường thẳng chấp nhận số giả thuyết sau: - Suất lượng mol pha từ lên tất tiết diện tháp - Nồng độ pha lỏng sau ngưng tụ có thành phần thành phần khỏi đỉnh tháp - Dòng vào khỏi tháp trạng thái bão hòa - Dòng hồi lưu vào tháp trạng thái lỏng sôi - Suất lượng mol pha lỏng không đổi theo chiều cao đoạn cất đoạn chưng 10.3.1.1 Phương trình cân vật chất F=P+W xp.F = xp.P + xw.W Trong đó: F, P, W suất lượng nhập liệu, sản phẩm đáy sản phẩm đỉnh (kmol/h) xF, xp, xw thành phần mol cấu tử dễ bay nhập liệu, sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

BÁO CÁO THỰC HÀNH CÁC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CÔNG

NGHỆ HÓA HỌC BÀI 10: CHƯNG CẤT

GVHD: Trương Văn Minh

SV thực hiện: Nguyễn Thị Minh Anh

MSSV: 18019881 Lớp: DHHC14A

Nhóm: 1

Ngày thực hiện: 22/03/2021

BÀI 10: CHƯNG CẤT

10.1 Giới thiệu

Chưng cất là quá trình dùng để phân tách các hỗn hợp lỏng – lỏng, lỏng – khí, khí – khí thành các cấu tử riêng biệt dưạ vào sự khác nhau về độ bay hơi của các cấu tử trong hỗn hợp

Số lượng sản phẩm chưng cất phụ thuộc vào số cấu tử có trong hỗn hợp Đối với trường hợp hỗn hợp hai cấu tử ta có: sản phẩm đỉnh gồm các cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi thấp, sản phẩm đáy gồm cấu tử có độ bay hơi thấp và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi lớn

Trong quá trình chưng cất, pha hơi đi từ dưới lên, pha lỏng chảy di chuyển từ trên xuống Nồng độ cấu tử thay đổi theo chiều cao tháp, nhiệt độ làm việc cũng thay đổi tương ứng với sự thay đổi nồng độ Trên mỗi đĩa xảy ra quá trình truyền khối giữa hai pha lỏng

và hơi, một phần pha lỏng bốc hơi di chuyển từ pha lỏng vào pha hơi; một phần pha hơi ngưng tụ di chuyển từ pha hơi vào pha lỏng, quá trình lập lại nhiều lần bốc hơi và ngưng tụ như vậy nên ở đỉnh tháp ta thu được phần lớn cấu tử dễ bay hơi và ở đáy tháp ta thu được phần lớn cấu tử khó bay hơi

10.2 Mục đích thí nghiệm

Khảo sát và đánh giá sự ảnh hưởng của các thông số: chỉ số hồi lưu, nhiệt độ và trí mâm nhập liệu đến số mâm lý thuyết, hiệu suất quá trình chưng cất và lượng nhiệt cần sử dụng

10.3 Cơ sở lý thuyết

10.3.1 Cân bằng vật chất

Qúa trình tính toán cân bằng vật chất chưng cất dựa trên cơ sở phương pháp Mc Cabe – Theile xem gần đúng đường làm việc phần

chưng và phần cất là đường thẳng và chấp nhận một số giả thuyết sau:

- Suất lượng mol của pha hơi đi từ dưới lên bằng nhau trong tất

cả tiết diện của tháp

- Nồng độ pha lỏng sau khi ngưng tụ có thành phần bằng thành phần hơi ra khỏi đỉnh tháp

- Dòng hơi vào và ra khỏi tháp ở trạng thái hơi bão hòa

- Dòng hồi lưu vào tháp ở trạng thái lỏng sôi

- Suất lượng mol pha lỏng không đổi theo chiều cao của đoạn cất và đoạn chưng

10.3.1.1 Phương trình cân bằng vật chất

F = P + W

xp.F = xp.P + xw.W Trong đó: F, P, W là suất lượng nhập liệu, sản phẩm đáy và sản phẩm đỉnh (kmol/h)

xF, xp, xw thành phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong nhập liệu, sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy (mol/mol)

10.3.1.2 Chỉ số hồi lưu (hoàn lưu)

Chỉ số hồi lưu là tỉ số giữa lưu lượng dòng hoàn lưu (Lo) và lưu lượng dòng sản phẩm đỉnh (D)

R = L o

D

Chỉ số hồi lưu thích hợp (R) được xác định thông qua chỉ số hồi lưu tối thiểu (Rmin) và xác định theo phương trình sau: R = b.Rmin

10.3.1.3 Phương trình đường làm việc

Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất:

ycất = R +1 R x+ x p

R+1

Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng:

ychưng = R +1 R+f x− f −1

R +1 x w

f = F P: tỉ lệ giữa lưu lượng hỗn hợp nhập liệu so với lưu lượng sản phẩm đỉnh

10.3.1.4 Xác định số mâm lý thuyết

Hình 1-1: xác định mâm lí thuyết

10.3.2 Cân bằng năng lượng

10.3.2.1 Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt nhập liệu

Qnl = F C´ pF (t Fr−t Fv)+Q mnl

Trong đó Qnl nhiệt lượng cần cung cấp để gia nhiệt nhập liệu (kW)

´

F lưu lượng khối lượng hỗn hợp nhập liệu (kg/s)

CpF là nhiệ dung riêng hỗn hợp nhập liệu (kJ/kg.℃ )

tFv , tFr nhiệt độ nhập liệu váo và ra khỏi thiết bị (℃¿

Qmnl nhiệt mất mát ở thiết bị gia nhiệt nhập liệu (kW)

10.3.2.2 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ

Nếu quá trình ngưng tụ không làm lạnh:

Qng = ´P (R +1).rp = G.C ( tr – tv) + Qmng

Nếu quá trình ngưng tụ có làm lạnh:

Qng = ´P (R +1).rp + ´P (R +1).Cpp.(tsp – tp) = G.C.( tr – tv) + Qmng

Trong đó ´P lưu lượng khối lượng hỗn hợp sản phẩm đỉnh (kg/s)

rp là nhiệt hóa hơi của sản phẩm đỉnh (kJ/kg)

CPf nhiệt dung riêng hỗn hợp sản phẩm đỉnh (kJ/kg.℃¿

tv, tr nhiệt độ vào và ra của nước (℃¿

G lưu lượng giải nhiệt (kg/s)

C nhiệt dung riêng của dòng giải nhiệt (J/kg.℃¿

tsp nhiệt độ sôi hỗn hợp sản phẩm đỉnh (℃¿

tp nhiệt độ của sản phẩm đỉnh sau làm lạnh (℃¿

Qmng nhiệt mất mát ở thiết bị ngưng tụ

10.3.2.3 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh

Làm lạnh sản phẩm đỉnh:

Q llp= ´P C Pp (t Pr−t Pv)=G1 C1.(t 1 r−t 1 v)+Q mllp

Làm lạnh sản phẩm đáy:

Q llW= ´W C Pw (t wr−t wv)=G2 C2.(t 2 r−t 2 v)+Q mllw

Trong đó ´P , ´ W lưu lượng khối lượng sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy (kg/s)

C Pp, C Pw nhiệt dung riêng của dòng sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy (J/kg.℃¿

t Pr, t Pv nhiệt độ của sản phẩm đỉnh vào và ra khỏi thiết bị (℃¿

t wr, t wv nhiệt độ của sản phẩm đáy vào và ra khỏi thiệt bị (℃¿

t 1r, t 1 v nhiệt độ vào và ra của nước ở thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh (

℃¿

t 2 r, t 2 v nhiệt độ vào và ra của nước ở thiết bị làm lạnh sản phẩm đáy (

℃¿

G1 lưu lượng dòng giải nhiệt ở thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh (kg/s)

G2lưu lượng dòng giải nhiệt ở thiết bị làm lạnh sản phẩm đáy (kg/s)

C1 nhiệt dung riêng dòng giải nhiệt ở thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh (J/kg.℃¿

C2 nhiệt dung riêng dòng giải nhiệt ở thiết bị làm lạnh sản phẩm đáy (J/kg.℃¿

Q mllp nhiệt mất mát ở thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh (kW)

Q mllw nhiệt mất mát ở thiết bị làm lạnh sản phẩm đáy (kW)

10.3.2.4 Cân bằng nhiệt toàn tháp

Q F+Q K+Q L O=Q P+Q W+Q m+Q ng

 Q K=Q P+Q W+Q m+Q ng−Q F−Q L O

Trong đó QK là nhiệt lượng cung cấp cho nồi đun (kW)

Qm là nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh

QF là nhiệt lượng do dòng nhập liệu mang vào (kW)

QF = F C´ PF t F

QP là nhiệt lượng do dòng sản phẩm đỉnh mang ra (kW)

QP = ´P C PP t P

QW là nhiệt lượng do dòng sản phẩm đáy mang ra (kW)

QW = W C´ PW t W

QLo là nhiệt lượng do dòng hoàn lưu mang vào (kW)

QLo = L´o C Pp t P

10.4 Trang thiết bị và hóa chất

- Hỗn hợp cồn (Ethanol – nước) 96 độ cồn

- Tỷ trọng kế từ 0o đến 60o và từ 60o đến 100o

- Ống đong 1 lít

- Nhiệt kế

10.5 Tiến hành thí nghiệm

- Buổi 1: Xác định chỉ số hồi lưu tối thiểu, khảo sát mâm nhập liệu dưới cùng

- Buổi 2: Khảo sát 02 vị trí còn lại của mâm nhập liệu

10.5.1 Chuẩn bị

- Pha trộn dung dịch vào bình chứa nhập liệu (khoảng 20 lít) từ nồng độ 20 đến 30 độ cồn (thành phần thể tích)

- Mở công tắc điện chính, đèn trắng được kích hoạt, mở công tắc tổng

- Mở máy tính và khởi động chương trình điều khiển DVI3000, đợi khi chương trình đã kiểm tra xong việc kết nối và sẵn sàng hoạt động

- Mở hệ thống nước giải nhiệt, cài đặt chế độ làm việc Auto và lưu lượng nước giải nhiệt

- Mở van nhập liệu ở vị trí thấp nhất, mở van thu sản phẩm đáy

- Điều chỉnh van lưu lượng nhập liệu với hiệu suất 100%, số vòng quay tối đa, sau đó mở công tắc bơm đưa nhập liệu vào nồi đun Khi lượng lỏng trong nồi đun đã đủ thì ngưng bơm nhập liệu

- Khóa van nhập liệu và van thu sản phẩm đáy

- Cài đặt chế độ làm việc Auto và độ giảm áp của tháp chưng cất ở giá trị 20m bar trên bộ điều khiển độ chênh áp PID

- Chuyển công tắc chia dòng hoàn lưu sang chế độ Refux

- Mở điện trở nồi đun theo dõi trạng thái hỗn hợp

- Khi xuất hiện dòng ngưng tụ ở đỉnh tháp, tiến hành lấy sản phẩm đỉnh bằng cách chuyển công tắc sang chế độ Draw off Sau khi lấy mẫu xong chuyển sang chế độ Refux

- Xác định chỉ số hồi lưu tối thiểu

- Xác định nhiệt độ sôi của nhập liệu

10.5.2 Tiến hành thí nghiệm

- Cài đặt chế độ làm việc Auto và giá trị sôi của nhập liệu trên

bộ điều khiển của thiết bị gia nhiệt nhập liệu

- Khi nhiệt độ nhập liệu gần bằng nhiệt độ sôi của nhập liệu, tiến hành mở van nhập liệu và điều chỉnh bơm nhập liệu với tốc độ

10 – 15 lít/phút

- Cài đặt độ giảm áp của tháp chưng cất ở giá trị 20mbar trên

bộ điều khiển độ chênh áp

- Mở van thu sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy

- Điều chỉnh công tắc chia lỏng ở vị trí Cycle.

- Cài đặt giá trị tỉ số hồi lưu giá trị thấp bằng 1,5 lần giá trị tỉ số hồi lưu tối thiểu bằng cách cài đặt chế độ làm việc Manu, chu kì lấy mẫu và giá trị % hồi lưu

- Sau 10 phút, tháo hết dung dịch có trong bình chứa sản phẩm đỉnh

- Đo lưu lượng sản phẩm đỉnh bằng phương pháp thể tích và nồng độ sản phẩm đỉnh

10.5.3 Các lưu ý

- Lưu lượng nước giải nhiệt vào trong hệ thống, nếu không có nước giải nhiệt thì phải ngừng hệ thống

- Lưu lượng hỗn hợp nhập liệu hết thì phải ngừng quá trình làm việc

- Theo dõi sự biến đổi nhiệt độ trong suốt quá trình làm việc và giải thích

- Đánh giá kết quả đo thành phần và lưu lượng dòng sản phẩm đỉnh để điều chỉnh chế độ làm việc hợp lý

10.6 Kết quả thí nghiệm và xử lí số liệu

10.6.1 Kết quả

*Buổi 1: Xác định tỉ số hồi lưu tối thiểu

Bảng 10.1 Số liệu thu được để xác định tỉ số hồi lưu tối thiểu

VF (%V) VP (%V) tF (oC) ρnước (kg/m3)

*Buổi 2: Khảo sát các vị trí mâm nhập liệu

Bảng 10.2 Các thông số đo được khi khảo sát R = 1,1 tại 3 vị trí mâm nhập liệu khác nhau

Vị trí

mâ

m

nhậ

p

liệu

Độ

rượ

u

của

sản

phẩ

m

tP (

℃¿

QP

(m3/ s)

tnồi (

℃¿

tđỉnh

(℃¿

tthân

(℃¿

tđáy (

℃¿

tlv (

℃¿

tlr (

℃¿

Đỉnh

tháp 92 77 0,168 93 83,7 88 90,1 30,3 31,4

Thâ

n

tháp

71 77,

6 0,081 90 83,6 87,9 88,6 30,1 30,8

Đáy

tháp 97 77,6 0,175 91,7 77,6 78,1 87,8 30,3 34,7

Bảng 10.3 Các thông số đo được khi khảo sát mâm nhập liệu thân tháp tại các giá trị R = 0,8 và R = 1,4

R

Độ

rượu

của

sản

phẩ

m

đỉnh

tP (

℃¿

QP

(m3/ s)

tnồi (

℃¿

tđỉnh

(℃¿

tthân

(℃¿

tđáy (

℃¿

tlv (

℃¿

tlr (

℃¿

0,8 89 77,8 0,54 94 83,6 87,9 92,4 30,2 30,8

1,4 90 78,6 1,05 93,9 78,6 89,9 92,8 30,3 31,6

10.6.2 Xử lí số liệu

10.6.2.1 Khảo sát chỉ số hồi lưu tối thiểu (Rmin ) và nhiệt độ sôi hỗn hợp:

Tính toán số liệu nhập liệu:

-Tính xF:

x F=

V % ρ rượu

M rượu

V % ρ rượu

M rượu +

(1−V % ) ρ nước

M nước

=

0,28.777,08 46 0,28.777,08

46 +

(1−0,28).995,8 18

=0,11

-Tính ´x F:

´

x F= x F M rượu

x F M rượu+(1−x F) M nước=

0,11.46 0,11.46+(1−0,11).18=0,24

Tính toán sản phẩm đỉnh:

VP=78%V, tP=77,8oC

ρnước=973,12 (kg/m3), ρrượu=770,83(kg/m3)

-Tính xP

x P=

V % ρ r

M r

V % ρ r

M r +

(1−V %) ρ n

M n

=

0,78.770,83 46 0,78.770,83

46 +

(1−0,78 ).973,12

18

=0,524

-Tính ´x P

´

x P= x P M r

x P M r+(1−x P) M n=

0,524.46 0,524.46+(1−0,524) 18=0,738

x,

%m

ol

0

Y,

%m

ol

0 33,

2 44,3 53,1 57,6 61,4 65,4 69,9 75,3 81,8 89,8 100

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

GIẢN ĐỒ CÂN BẰNG LỎNG HƠI HỆ ETHANOL-NƯỚC

Từ xF=0,11 ta tra giản đồ ta được y¿F

=0,433 -Tính Rmin

R min=x P−y¿

F

y¿

F−x F=

0,524−0,433 0,433−0.11 =0,282

Khối lượng riêng hỗn hợp nhập liệu:

ρ hh=ρ r ´x F+ρ n (1−´x F)=0,24.777,08+(1−0,24 ).995,8=943,31(kg /m3

)

Khối lượng mol hỗn hợp:

M hh=M r x F+(1−x F) M nước=46.0,11+(1−0,11).18=21,08(kg/kmol)

Lưu lượng nhập liệu F

F= Q F ρ hh

M hh =

0,322.943,31 21,08 =42,5(mol /s)

→ ´F=F M hh=42,5.21,08=896,14 (g/ s)

10.6.2.2 Khảo sát vị trí mâm nhập liệu

Khảo sát 3 vị trí mâm tại R = 1,1

*Mâm nhập liệu tại đáy tháp:

x P=

V % ρ r

M r

V % ρ r

M r +

(1−V %) ρ n

M n

=

0,97.770,83 46 0,97.770,83

46 +

(1−0,97 ).973,12

18

=0,91

´

x P= x P M r

x P M r+(1−x P) M n

= 0,91.46 0,91.46+(1−0,91).18=0,963

Khối lượng mol hỗn hợp:

M hh=M r x P+(1−x P) M n=46.0,91+(1−0,91).18=43,48(kg/kmol)

Khối lượng riêng hỗn hợp:

ρ hh=ρ r ´x P+(1−´x P) ρ n=770,83.0,963+(1−0,963).973,12=778,3(kg/m3

)

=>P= Q P ρ hh

M hh =

0,175.778,3 43,48 =3,13(mol /s)

=>´P=P M hh=3,13.43,48=136,2(g /s)

Tính tương tự với mâm giữa và mâm đỉnh ( R =1,1) ta được bảng số liệu sau:

Vị trí

mâm

x P ´x P ρ hh (kg/

m3)

M hh (kg/

kmol)

P (mol/s)

´P

(g/s) Mâm

Mâm

Mâm

Tính lượng sản phẩm đáy:

Áp dụng phương trình cân bằng vật chất: F=P+W

→W=F-P=42,5-3,13=39,37(mol/s)

Phương trình cân bằng vật chất:

x F F=x P P+ x w W

→x w=x F F−x P P

0,11.42,5−0,91.3,13

39,37 =¿ 0,046

→´x w= x w M r

x w M r+(1−x w) M n

= 0,046.46 0,046.46+(1−0,046).18=¿0,1097 Tương tự

Vị trí

mâm W(mol/s)

´

W(g/s) ´x w xw

Mâm

đáy 39,37 759,97 0,1097 0,046 Mâm

giữa 40,42 833,1 0,069 0,094 Mâm

đỉnh 39,22 765,44 0,103 0,043

*Viết phương trình đường làm việc:

-Đối với mâm ở đáy tháp:

Phương trình làm việc phần chưng:

y chưng=R+ f

R+1 x−

f −1 R+1 x W

Với f = F

P=

42,5

=>y c hư ng=1,1+13,58

1,1+1 x−

13,58−1 1,1+1 .0,046=6,99 x−0,275

Phương trình làm việc phần cất:

y cất= R

R +1 x+

1

R+1 x P

==>y cất=0,524 x +0,43

Tương tự như vậy ta tìm được mâm đỉnh và mâm giữa

Mâm đáy PTLV phần chưng y chưng=6,99 x −0,275

PTLV phần cất y cất=0,524 x +0,43

Mâm giữa PTLV phần chưng y chưng=10,25 x−1,47

PTLV phần cất y cất=0,524 x +0,205

Mâm đỉnh PTLV phần chưng y chưng=6,69 x −0,245

PTLV phần cất y cất=0,524 x +0,37

*Vẽ số mâm lý thuyết

-Tại vị trí mâm đáy:

0 20 40 60 80 100 120 0

20 40 60 80 100 120

ĐỒ THỊ XÁC ĐỊNH SỐ MÂM LÝ THUYẾT CỦA MÂM NHẬP LIỆU TẠI ĐÁY THÁP (R = 1,1)

x(%)

Số mâm lý thuyết : Nlt=7 mâm

-Tại vị trí mâm giữa:

0 20 40 60 80 100 120 0

20 40 60 80 100 120

ĐỒ THỊ XÁC ĐỊNH SỐ MÂM LÝ THUYẾT CỦA MÂM NHẬP LIỆU TẠI THÂN THÁP (R = 1,1)

x(%%)

Số mâm lý thuyết Nlt=1 mâm

-Tại vị trí mâm đỉnh:

0 20 40 60 80 100 120 0

20 40 60 80 100 120

ĐỒ THỊ XÁC ĐỊNH SỐ MÂM LÝ THUYẾT CỦA MÂM NHẬP LIỆU TẠI ĐỈNH THÁP (R =1,1)

x(%)

Số mâm lý thuyết Nlt=10 mâm

*Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt nhập liệu

Ta có: Q nl= ´F C ρ F (t Fr−t Fv)+Q m nl

C ρF=´x F C ρr+(1−´x F).C ρn= 0,24.3,355+(1-0,24).4,208=4 (kJ/kg.oC)

Cho Qmnl=0

→Q nl=896,14.4.(89-29,5)+0=213281,32(kJ)

*Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ:

Q ng= ´P ( R+1) r P=G C (t r−t v)+Q m ng

r P=´x P r r+(1−´x P) r n=0,9.873,02+(1−0,9).2310,23=1016,74 (J /kg)

Q ng = ´P (R+1) r P = 130,7 (1.1 + 1) 1016,74 = 279064 (J/h)

*Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh

Làm lạnh sản phẩm đỉnh:

Q llP= ´P C ρP (t Pr−t Pv)=G1 C1.(t 1 r−t 1 v)+Q m llP

C ρP= ´x P C ρr+(1−´x P) C ρn = 0,9 3,355 + (1 – 0,9) 4,208 = 3,44 (kJ/kg.oC)

Q m llP = 0:

Q llP= ´P C ρP (t Pr−t Pv) = 130,7 3,44 (83,7 – 29) = 24593,65 (J/h)

*Mâm giữa với R=0,8

x P ´x P ρ hh (kg/

m3)

M hh

(kg/kmol) P (mol/s)

´P

(g/s)

´

Phương trình làm việc phần chưng: y chưng=7,09 x−0,402

Phương trình làm việc phần cất: y cất=0,44 x+0,056

0 20 40 60 80 100 120 0

20 40 60 80 100 120

ĐỒ THỊ XÁC ĐỊNH SỐ MÂM LÝ THUYẾT CỦA MÂM NHẬP LIỆU THÂN THÁP TẠI R = 0,8

x(%)

*Mâm giữa với R=1,4

x P ´x P ρ hh (kg/

m3)

M hh

(kg/kmol) P (mol/s)

´P

(g/s)

´

Phương trình làm việc phần chưng: y chưng=3,53 x−0,015

Phương trình làm việc phần cất: y cất=0,584 x+0,417

0 20 40 60 80 100 120 0

20 40 60 80 100 120

ĐỒ THỊ XÁC ĐỊNH SỐ MÂM LÝ THUYẾT CỦA MÂM NHẬP LIỆU THÂN THÁP TẠI R = 1,4

x(%)

10.7 Kết luận

- Nồng độ sản phẩm đỉnh tại mâm đỉnh và mâm đáy lớn hơn nồng độ sản phẩm đỉnh tại mâm giữa

- Sự chênh lệch giá trị đo tại các vị trí khảo sát các nhau có thể do thao tác thực nghiệm chưa chuẩn xác, cũng như nguồn nhập liệu không đủ tinh khiết dẫn đến sai số

- Khi thay đổi 3 giá trị R trên cùng một mâm ta nhân thấy số mâm lý

thuyết giảm dần theo chiều giảm R => R ảnh hưởng rất lớn đến số mâm lý thuyết

- Khi giữ nguyên một giá trị R và thay đổi 3 vị trí mâm ta nhận thấy

số mâm lý thuyết cũng thay đổi đáng kể

10.8 Trả lời câu hỏi

1 Định nghĩa chưng cất và phân biệt sự khác nhau giữa chưng cất

và cô đặc?

Chưng cất là quá trình dùng để tiến hành phân tách các hỗn hợp lỏng – lỏng, lỏng – khí, khí – khí thành các cấu tử riêng biệt dựa vào sự khác nhau về độ bay hơi của các cấu tử trong hỗn hợp

Phân biệt chưng cất và cô đặc:

- Theo áp suất làm việc: Cô đặc tiến hành ở nhiệt độ sôi tương ứng với mọi áp suất khác nhau Chưng cất làm việc ở áp suất tương đối nhỏ

- Theo số lượng cấu tử trong hỗn hợp: Chưng cất (gồm hai cấu tử dễ bay hơi và khó bay hơi), Cô đặc (chất tan koong bay hơi)

2 Trong dung dịch cồn cấu tử nào là dễ bay hơi, cấu tử nào là khó bay hơi? Giải thích

Trong dung dịch cồn cấu tử ethanol là cấu tử dễ bay hơi, cấu tử nước là cấu tử khó bay hơi Vì ethanol có khối lượng riêng nhẹ hơn nước và nhiệt độ sôi thấp hơn nước

3 Nêu nguyên nhân tạo ra sự di chuyển một phần cấu tử dễ bay hơi

từ pha lỏng vào một phần cấu tử khó bay hơi từ pha hơi vào pha lỏng?

Vì trong quá trình chưng cất pha hơi đi từ dưới lên còn pha lỏng

đi từ trên xuống Đồng thời trên mỗi đĩa xảy ra quá trình truyền khối giữa hai pha lỏng và hơi, dẫn đến một phần pha lỏng bốc hơi di chuyển từ pha lỏng vào pha hơi, một phần pha hơi ngưng tụ di chuyển từ pha hơi vào pha lỏng

4 Có thể loại nồi đun và thiết bị ngưng tụ trong hệ thống chưng cất hay không? Giải thích

Không thể lạo nồi đun và thiết bị ngưng tụ ra khỏi hệ thống chưng cất vì có nồi đun thì mới có thể đun sôi và làm bay hơi dung dịch để tách các cấu tử trtong hỗn hợp ra khỏi nhau Cần có thiết bị ngưng tụ để thu sản phẩm đỉnh và đáy

5 Nêu vai trò và ý nghĩa của dòng hồi lưu đến quá trình chưng cất?

Dòng hồi lưu giúp tiết kiệm nguyên liệu cũng như tăng hiệu suất cho quá trình

7 Vì sao theo phương pháp Mc Cabe – Thiele đường làm việc được xem là đường thẳng?

Vì suất lượng mol của pha hơi từ dưới lên bằng nhau trong tất

cả tiết diện của tháp, nồng độ pha lỏng sau khi ngưng tụ có thành phần bằng thành phần hơi ra khỏi đỉnh tháp, dòng hơi vào và ra khỏi