BÁO cáo THỰC HÀNH môn THỰC HÀNH QUÁ TRÌNH THIẾT bị hóa học bài TH CHƯNG cất

MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆMKhảo sát và đánh giá sự ảnh hưởng của các thông số: chỉ số hồi lưu, nhiệt độ trạngthái và vị trí mâm nhập liệu đến số mâm lý thuyết, hiệu suất quá trìn

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

🙧🙧

BÁO CÁO THỰC HÀNH MÔN THỰC HÀNH QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ HÓA HỌC

BÀI

GVHD: Trương Văn MinhSinh viên: Phan Thị Nguyễn Nhi Lớp: DHHC14A

MSSV:18077131 – Tổ 4Ngày thực hành: 14/03/2022

MỤC LỤC

1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM 3

2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

2.1 Cân bằng vật chất 3

2.2 Phương trình cân bằng vật chất 3

2.3 Chỉ số hồi lưu (hoàn lưu) 3

2.4 Phương trình đường làm việc 4

2.5 Xác định số mâm lý thuyết 4

2.6 Cân bằng năng lượng 5

2.6.1 Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt nhập liệu 5

2.6.2 Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ 5

2.6.3 Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị làm lạnh 6

2.6.4 Cân bằng nhiệt toàn tháp 6

3 THÍ NGHIỆM 8

4 KẾT QUẢ VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU 8

Thí nghiệm 1 : Khảo sát sự ảnh hưởng của mâm nhập liệu tại vị trí R = 1,2 10

Thí nghiệm 2: Khảo sát sự ảnh hưởng lưu lượng của dòng hoàn lưu 16

5 KẾT LUẬN 22

1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

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

2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Cân bằng vật chất

Quá trình tính toán cân bằng vật chất chưng cất dựa trên cơ sở phương pháp McCabeTheile xem gần đúng đường làm việc phần chưng và phần cất là đường thẳng vàchấp nhận một số giả thuyết sau:

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

2.2 Phương trình cân bằng vật chất

F=P+W

x F F=x P P+ x W .W

Trong đó:

F , P ,W: suất lượng nhập liệu, sản phẩm đáy và sản phẩm đỉnh, kmol/h

x F ,x P , x w: thành phần mol của cấu tử nhẹ trong hỗn hợp nhập liệu, sản phẩm đỉnh,sản phẩm đáy, mol/mol

2.3 Chỉ số hồi lưu (hoàn lưu)

Chỉ số hồi lưu là tỷ số giữa lưu lượng hoàn lưu (L0) và lưu lượng của dòng sản phẩmđỉnh (P)

F= L0

P

Chỉ số hồi lưu thích hợp (R) được xác định thông qua chỉ số hồi lưu tối thiểu (R min) vàxác định theo công thức: R=b R min

2.4 Phương trình đường làm việc

Phương trình làm việc của đoạn cất:

y cất = R

R +1 x+

x P R+1

Phương trình làm việc của đoạn chưng:

2.6 Cân bằng năng lượng

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

Q nl =F C p F .(t F r −t F v)+Q m nl

Trong đó:

Q nl: nhiệt lượng cần cung cấp để gia nhiệt nhập liệu, kW

F: lưu lượng khối lượng hỗn hợp nhập liệu, kg/s

C p F là nhiệt dung riêng hỗn hợp nhập liệu, kJ/kg.℃

t F r ,t F v: nhiệt độ nhập liệu ra và vào khỏi thiết bị,℃

Q m nl: nhiệt mất mát ở thiết bị gia nhiệt nhập liệu, kW

2.6.2 Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ

Nếu quá trình ngưng tụ không làm lạnh

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

Nếu quá trình ngưng tụ có làm lạnh

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

Trong đó:

P: lưu lượng khối lượng hỗn hợp sản phẩm đỉnh, kg/s

r P: nhiệt hóa hơi của sản phẩm đỉnh, kJ/kg

C p P: nhiệt dung riêng hỗn hợp sản phẩm đỉnh, kJ/kg.℃

t r ,t v: nhiệt độ ra và vào của nước,℃

G: lưu lượng dòng giải nhiệt, kg/s

C: nhiệt dung riêng của dòng giải nhiệt, J/kg.℃

t S P: nhiệt độ sôi hỗn hợp sản phẩm đỉnh,℃

t P: nhiệt độ của sản phẩm đỉnh sau làm lạnh,℃

Q m ng: nhiệt mất mát ở thiết bị ngưng tụ, kW

2.6.3 Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị làm lạnh

P ,W: lưu lượng sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, kg/s

C p P ,C p W: nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy, kJ/kg.℃

t P r ,t P v: nhiệt độ của sản phẩm đỉnh ra và vào khỏi thiết bị,℃

t Wr ,t Wv: nhiệt độ của sản phẩm đáy vào và ra khỏi thiết bị,℃

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

t 2 r ,t 2v: 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

G2: lưu 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 m¿

P: nhiệt mất mát ở thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh, kW

Q m¿W: nhiệt mất mát ở thiết bị làm lạnh sản phẩm đáy, kW

2.6.4 Cân bằng nhiệt toàn tháp

Hình 2.2 Sơ đồ tính toán cân bằng nhiệt lượng

Phương trình cân bằng nhiệt lượng:

Q F +Q K +Q L0=Q F +Q K +Q F +Q m +Q ng

⟹Q K =Q P +Q W +Q m +Q ng −Q F −Q L0

Trong đó:

Q K: nhiệt lượng cung cấp cho nồi đun, kW

Q m: nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh và thường được lấy gần bằngkhoảng 5% đến 10% lượng nhiệt cần cung cấp

Q F: nhiệt lượng do dòng nhập liệu mang vào, kW

Q ng: nhiệt lượng trao đổi trong thiết bị ngưng tụ, kW.

Q ng =P r P

Q L0: nhiệt lượng do dòng hoàn lưu mang vào, kW

Q L0=L0.C p P .t P

3 THÍ NGHIỆM

Xác định chỉ số hồi lưu tối thiểu, khảo sát mâm nhập liệu cuối cùng

Khảo sát 02 vị trí còn lại của mâm nhập liệu

4 KẾT QUẢ VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU

Bảng 4.1 Các thông số nhập liệu và thông số sản phẩm đỉnh

Nhiệt độ sôi của hỗn hợp 87,7℃ Khối lượng riêng của

nước ở 78,3oC 972,87 kg/m3Khối lượng riêng của

nước ở 30oC 995,33 kg/m3

Khối lượng riêng củarượu ở 78,3oC 935,02 kg/m3Khối lượng riêng của

(1−0,2).995,3318

= 0,085 (kmol/kmolhh)

Dựa vào đồ thị, ta xác định được y* = 0,409 tương ứng xF = 0,085

Thí nghiệm 1 : Khảo sát sự ảnh hưởng của mâm nhập liệu tại vị trí R = 1,2

Bảng 4.4 Kết quả khảo sát với R = 1,2

Mhh = Mr × xF + Mn × (1 - xF) = 46 × 0,085 + 18 × (1 – 0,085) = 20.38(kg/kmol)

Lưu lượng nhập liệu:

Mhh = Mr × xP + Mn × (1 – xP) = 46 × 0,751 + 18 × (1 – 0,751) = 39,028 (kg/kmol)Lưu lượng sản phẩm đỉnh:

P = Q P × ρ hh

Mhh = 0,75× 1039,028−3×806,57 = 0,0155 (kmol/h)

P = P × Mhh = 0,0155 × 39,028 = 0,605 (kg/h)

Tính toán sản phẩm đáy

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

Lưu lượng sản phẩm đáy:

W = F – P = 0,311 – 0,0155= 0,2955 (kmol/h)

W = W(xW.Mr = (1-xW).Mn) = 0,2955( 0,05.46 + (1-0,05).18 ) = 5,7327 (kmol/h)Phương trình cân bằng vật chất: xF F = xP P + xW W

 x W=F x F W −P x P=0,311.0,085−0,0155.0,7510,2955 =0,05 ( kmol/kmolhh)

Tra nhiệt dung riêng ở 58,85 oC: C ρn = 4185,65 (J/kg.độ); C ρr= 3937,3 (J/kg.độ)

Q nl =F C ρF .(t sF −t F) +Q m nl (giả sử Q m nl= 0)

¿36006,34 .4136,232 (87,7−30)+0=420,31(W )

Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ

Nếu quá trình ngưng tụ không làm lạnh:

Tra nhiệt độ ở 90,4℃ rp = 828,98 (kJ/kg)

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

¿0,605

3600 .(1,3+1).828,98 = 0,32 (kW) =320 (W)

Nếu quá trình ngưng tụ có làm lạnh:

Tra nhiệt dung riêng ở 60,2 oC: C ρn = 4185,56 (J/kg.độ); C ρr= 3932 (J/kg.độ)

Q F: nhiệt lượng do dòng nhập liệu mang vào (kW)

Tra nhiệt dung riêng ở 30 oC: C ρn = 4180,19 (J/kg.độ); C ρr= 3871,5 (J/kg.độ)

C ρF =C ρr x F +(1−x F ).C ρn =3871,5 0,192+(1−0,192).4180,19=4120,92(J /Kg độ)

Q F =F C ρF .t F= 6,343600.4120,92.30=217,72(W )

Q D: nhiệt lượng do dòng sản phẩm đỉnh mang ra (kW)

Tra nhiệt dung riêng ở 90,4 oC: C ρn = 4206,81 (J/kg.độ); C ρr= 3541,8(J/kg.độ)

C ρP =C ρr x P +(1−x P ).C ρn =3541,8.0,751+(1−0,751).4206,81=3707,39(J / Kg.độ)

Q P =P C ρD .t D= 0,6053600 .3707,39.90,4=56,32(W )

Q W: nhiệt lượng do dòng sản phẩm đáy mang ra (kW)

Tra nhiệt dung riêng ở 96,7 oC: C ρn = 4214,43 (J/kg.độ); C ρr= 4055,1(J/kg.độ)

C ρW =C ρr x W+(1−x W).C ρn

¿ 0,1186.4055,15+(1−0,1186).4214,43=4195,54 (J / Kg.độ)

Q W =W C ρW .t W=5,73273600 .4195,54 96,7=646,06(W )

Q ng: nhiệt lượng trao đổi trong thiết bị ngưng tụ (kW)

Ở nhiệt độ 90,4℃ trabảng đượcr P =828,98(kJ /kg)

Q ng =P r P= 0,6053600 .828,98=0,139(kW )=139(W )

Q L0: nhiệt lượng do dòng hoàn lưu mang vào (kW)

L o

 L0=L0 M hh =0,02015.39,028=0,786 (kg/h)

 Q L0=L0.C ρP .t D= 0,7863600 .3707,39 90,4=73,17(W )

 Q K =Q P +Q W +Q m +Q ng −Q F −Q L0

Thí nghiệm 2: Khảo sát sự ảnh hưởng lưu lượng của dòng hoàn lưu

Bảng 4.5 Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của lưu lượng dòng hoàn lưu

=803,5 6(kg/m3 )

Suất lượng mol của dòng nhập liệu:

F = Q F × ρ hh Mhh = 6,61× 1020,38−3×959,43 = 0,311 (kmol/h)

F = F × Mhh = 0,311 × 20,38 = 6,34 (kg/h)Suất lượng mol của sản phẩm đỉnh:

Tương tự với bảng số liệu R=1,4 và R=1,6 ( mâm giữa )

R F (kmol/h) P(kmol/h) W(kmol/h) x

W (kmolhh kmol)

Khảo sát mâm nhập liệu đáy tháp (R=1,2) tD = 90,3 oC

=803,82(kg/m3 )

Suất lượng mol của dòng nhập liệu:

F = Q F × ρ hh Mhh = 6,61× 1020,38−3×959,43 = 0,311 ( kmol h )

F= D+W ⇒W =F−P=0,311−0,014=0,297( kmol h )

F.xF = D.xD + W.xW ⇒ x W=F x F −P x P

W = 0,311.0,085−0,014.0,7860,297 =0,05Phương trình đường cất có dạng : y = R +1 R x+ x D

Nguyên nhân gây sai số trong quá trình thực nghiệm: do ảnh hưởng của điều kiện môitrường xung quanh tới thiết bị; trong quá trình tính toán, xử lý số liệu có làm tròn số.Ngoài ra, quá trình hoạt động của tháp chưng không ổn định do thời tiết, các thông sốlàm việc không phù hợp với trạng thái nhập liệu; thiết bị cũ kỹ; bảo ôn, cách nhiệt kém;

thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh làm việc thiếu hiệu quả.