TỔNG QUAN ĐỒ ÁN CHƯNG CẤT pdf

Chưng cất hệ nhiều cấu tử thường gặp trong công nghệ hóa dầu và trongcông nghiệp tinh chế các loại tinh dầu thiên nhiên.Việc tính toán thiết kế cácthiết bị chưng cất hệ nhiều cấu tử khá

TỔNG QUAN ĐỒ ÁN

CHƯNG CẤT

1. Khái quát về chưng cất:

Chưng cất là phương pháp dùng để tách các hỗn hợp chất lỏng cũng nhưcác hỗn hợp khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi của các cấu

tử trong hỗn hợp(nghĩa là khi ở cùng một nhiệt độ, áp suất hơi của các cấu tửkhác nhau).Trong trường hợp đơn giản thì chưng và cô đặc hầu như không khácnhau.Tuy nhiên giữa chúng có ranh giởi căn bản.Trong trường hợp chưng thìdung môi và chất tan đều bay hơi,trường hợp cô đặc thì chỉ có dung môi bay hơicòn chất tan không bay hơi

Đối với trường hợp hai cấu tử ta có sản phẩm đỉnh gồm các cấu tử có độbay hơi lớn (cấu tử nhẹ) và một phần ít cấu tử có độ bay hơi lớn (cấu tử nặng) vàsản phẩm đáy gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất ít cấu tử có độ bayhơi lớn

Chưng cất hệ nhiều cấu tử thường gặp trong công nghệ hóa dầu và trongcông nghiệp tinh chế các loại tinh dầu thiên nhiên.Việc tính toán thiết kế cácthiết bị chưng cất hệ nhiều cấu tử khá phức tạp so với hệ hai cấu tử, do đó người

ta phải đưa ra một số khái niệm dơn giản hóa như việc phân loại hỗn hợp, xácđịnh các đại lượng vật lý cũng như cách biễu diễn cân bằng pha

Hỗn hợp có từ ba cấu tử trở lên được gọi là hỗn hợp nhiều cấu tử.Số lượngcấu tử trong hỗn hợp càng nhiều thì tính chất phức tạp càng tăng khi chưngcất.Do đó, người ta đã phân biệt ra hai loại:

a. Hỗn hợp nhiều cấu tử đơn giản:đó là những hỗn hợp mà các cấu tử có thể

xác định được số lượng, nồng độ và chủng loại

b. Hỗn hợp nhiều cấu tử phức tạp:tính chất phức tạp của loại hỗn hợp này là

do số cấu tử nhiều và đa dạng mà không thể xác định được số lượng vànồng độ của chúng

Các phương pháp chưng cất được phân loại theo:

• Áp suất làm việc:chưng cất áp suất thấp, áp suất thường, áp suất cao

• Nguyên lý làm việc: liên tục, gián đoạn (chưng đơn giản) và bán liên tục

2 Tính toán chưng cất

2.1 Đối với hệ hai cấu tử

2.1.1.Phương pháp Mc Cabe – Theile

Phương pháp Mc Cabe – Theile thích hợp cho nhiều trường hợp có tổn thấtnhiệt và nhiệt dung riêng không lớn.Cơ sở của phương pháp này là xem gầnđúng đường làm việc phần chưng và phần cất là đường thẳng, tức là chứng thùanhận một số giả thuyết sau:

-Số mol của pha hơi đi từ dưới lên bằng nhau trong tất cả tiết diện của tháp

- Hốn hợp đầu vào tháp ở nhiệt dộ sôi

- Chất lỏng ngưng trong thiết bị ngưng có thành phần bằng thành phần hơi rakhỏi đỉnh tháp

-Đun sôi ở đáy tháp bằng hơi đối gián tiếp

-Số mol chất lỏng không đổi theo chiều cao của đoạn cất và chưng

Phương trình đường làm việc:

Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất

Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng.

: tỉ số lượng hỗn hợp nhập liệu so với sản phẩm đỉnh

: chỉ số hồi lưu là tỉ số giữa lưu lượng dòng hoàn lưu (L0) và lưu lượng dòng sảnphẩm đỉnh (D)

Chỉ số hồi lưu:

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

Chỉ số hồi lưu tối thiểu dược xác định theo các bước sau:

1 Vẽ đồ thị đường cân bằng pha trên đồ thị x,y

2 Xác định điểm D (xD, yD= xD) đỉnh tháp chưng cất trên đồ thị

Xác định số mâm lý thuyết bằng đồ thị được tiến hành như sau:

1 Vẽ đường cân bằng x-y trên đồ thị nồng độ phần mol

2 Xác định phương trình đường làm việc và biểu diễn phương trìnhđương làm việc trên đồ thị.Các phương trình đường làm việc là đươngthẳng nên chỉ cần thiết lập 2 điểm đẻ vẽ các phương trình này

3 Vẽ các bậc thang thay bắt đàu từ điểm A (xD, yD= xD) và kết thúc ởđiểm C (xw, xw).Số bậc thang trên đồ thị ứng số mâm lý thuyết cần tìm

2.1.2.Phương pháp Ponchon- Savarit.

Phương pháp này giả sử rằng nhiệt tổn thất không đáng kể.

Phương trình cân bằng năng lượng trên từng mâm cho đoạn chưng:

L.mF+1.HL,m+1 + Vm-1.HV,m-1 = Lm.HL,m + Vm.HL,m

2.2 Đối với hỗn hợp đa cấu tử

2.2.1.Phương pháp đơn giản hóa Gilliland

Gilliland giúp ta xác đinh được nhiệt độ, lưu lượng và nồng độ các cấu tửcủa dòng nhập liệu, đỉnh, đáy; dự đoán được tỉ số hồi lưu và số mâm lý thuyếtlàm cơ sở để phục vụ cho phần tính toán từng mâm tiếp theo

Hệ thức đơn giản hóa

Hai đại lượng quan trọng nhất trong chưng cất là tỷ số hồi lưu R và sỗ bặcbiến dổi nồng độ N.Gilliland đã đưa ra một hệ thức đơn giản hóa nhằm biểudiễn mối quan hệ giữa tỉ số hồi lưu R và sỗ bậc N dưới dạng các hảm số (N) và(R):

(R)

Quan hệ giữa hai hệ thức này được biễu diễn bằng thực nghiệm

Công thức Fense xác định N min

Số bậc nồng độ tối thiểu (Nmin) ứng với trường hợp hồi lưu hoàn toàn.Đốivới hệ 2 cấu tử Nmin có thể xác định bằng đồ thị nhưng với hệ nhiều cấu tử đơngiản thì người ta thường dùng đến công thức Fenske

• Đối với hệ 2 cấu tử

Khi hồi lưu hoàn toàn hai đường làm việc sẽ trùng nhau với đương phângiác gốc phần thứ tư thứ nhất.( đường y=x)

Xét một tháp n+1 bậc biến đổi nồn độ trong đó bao gồm nồi đun (bậc n+1)

Tại đỉnh tháp : mâm thứ n

y1= yD

Công thức Fenske hệ 2 cấu tử

• Đối với hệ nhiều cấu tử

Công thức Fenske cho hệ nhiều cấu tử

Ta thử xét trường hợp chưng cất hỗn hợp nhiều cấu tử với hồi lưu toàn phầntương ứng với số bậc biến đổi nồng độ tói thiểu Nmin= n+1

Vế bên phải của công thức trên mô tả mối quan hệ với các cấu tử khóa ởnhóm hạng thứ nhất còn nhóm hạng thứ hai với cấu tử nhẹ và nhóm hạng thứ 3

là quan hệ với cấu tử nặng

Nếu có cấu tử trung gian thì cấu tử trung gian nhẹ sẽ được tính toán theocấu tử nhẹ và cấu tử trung gian nặng sẽ được tính theo cấu tử nặng

Công thức trên được sử dụng tính toán Rmin cho cả hai trường hợp nhập liệubiên, tuy nhiên có đại lượng l được xác định riêng biệt cho từng trường hợp,cụthể được trình bày trong bảng sau:

Cấu tử Nhập liệu dạng lỏng sôi Nhập liệu dang hơi

Zi – nồng độ cấu tử I trong hỗn hợp ban đầu

– độ bay hơi tương đối trung bình của cấu tử i so với cấu tử khóa nặng (j nặng)

iv, iL – cấu tử trung gian nhẹ và trung gian nặng

2.2.2.Phương pháp tính từng mâm

Phương pháp toán từng mâm giúp ta xác định chính xác nồng độ các cấu tử

và nhiệt độ trên từng mâm, số mâm lý thuyết chính xác, từ đây làm cơ sở để tríchphân đoạn sản phẩm theo mong muốn

Ta chia tháp chưng cất thành hai phần riêng biệt:

Đọan cất ta tính từ đỉnh tháp xuống, khi đó ta có xiD=yi1(yi1 nồng đồ mâmthứ 1 của đoạn cất)

Đoạn chưng ta tính từ đáy tháp lên,khi đó ta có xiW=x’

i0(x’ i0 nồng độ mâmthứ 0 của đoạn chưng tức nồi đun)

Lưu lượng pha hơi và pha lỏng ở mỗi đoạn tháp là không đổi:

Đoạn cất (luyện):V=const; L=const

Đoạn chưng: V’= const; L’= const

Trên mỗi mâm ta tính cân bằng pha trước rồi tính cân bằng vật chất để xácđịnh nồng độ cấu tử mâm tiếp theo

Hai đoạn chưng và cất đều kéo dài đến mâm nhập liệu nên việc tính toánkết thúc ở mâm nhập liệu

Nồng độ cuối cùng tính toán của đoạn chưng và cất phải đồng nhất cho nênphải xét điều kiện hội tụ qua từng mâm.

Các phương trình tính toán trên mâm

Cân băng pha Cân bằng vất chất

i(m) +Wx’

iw

x’ i(m+1)= y’

i(m)) + x’

iw

y,x :nồng độ pha hơi và pha lỏng ở đoạn cất

y’,x’: nồng độ pha hơi và pha lỏng ở đoạn chưng

I=1,2,…l: số cấu tử trong hỗn hợp

Ban đầu việc tính toán ta phải giả thuyết phân bố nồng độ sản phẩm đỉnh vàđáy, sau đó kiểm tra giả thuyết dựa vào độ hội tụ trên mâm nhập liệu.Nếu khôngđạt ta phải giả thuyết mới và tính toán lại

Thông thường khi tính toán, nồng độ tại mâm nhập liệu tại hai 2 giai đoạnkhông giông nhau nên phải hiệu chỉnh

Công thức hiệu chỉnh nồng độ:

liD, liW: số mol cấu tử i giả thuyết tại sản phẩm đỉnh và đáy.

: độ sai lệch số mol cấu tử I tại sản phẩm và đáy

Nếu độ sại lệch không lớn thì có thể không giả thuyết lại

Nếu độ sai lệch không lớn thì hiệu chỉnh lại giả thuyết như sau:

3 Tổng quan về chưng cất cồn thô:

Muốn tách cồn thô khỏi giấm chính và sau đó tinh chế nó để nhận được cồn

có chất lượng cao, người ta có thể thực hiện theo các phương pháp gián đoạn,bán liên tục hoặc liên tục theo các sơ đò thiết bị khác nhau, từ đơn giản đến phứctạp, tùy theo điều kiện vốn đầu tư và yêu cầu chất lượng đề ra của cơ sở sản xuất

Chưng gián đoạncó ưu điểm là đơn giản, dễ thao tác nhưng bộc lộ nhiều

nhược điểm Do thời gian phải mất 6 đến 8 giờ nên thùng chứa lớn, tốn vất liệu

chế tạo mà năng suất lại thấp Mặc khác giấm chính đưa vào không được đun

nóng bằng nhiệt nhưng tụ của cồn thô nên tốn hơi Nồng độ không ổn định vàgiảm dần theo thời gian Sơ đồ tinh chế gián đoạn tuy cho phép nhận được cồn

có chất lượng nhưng hiệu suất thu hồi thấp, tốn hơi và công sức lao động do phảicất lại, do đo hiện nay ít dùng

Chưng liên tục cho phép khắc phục các nhược điểm kể trên và đảm bảo

hiệu quả kinh tế cao hơn Hiện nay ở các nước tiên tiến không còn tồn tại sơ đồchưng gián đoạn.Ở nước ta nhiều xí nghiệp vừa và nhỏ và các xưởng tư nhâncũng đang cũng đang bỏ dần kiểu chưng lạc hậu và kém hiệu quả kinh tế này

Hệ thống chưng cất cồn có thể thực hiện theo nhiều sơ đồ khác nhau: 2tháp, 3 tháp, 4 tháp

Hệ thống chưng luyện hai tháp tuy có tiên tiến hơn so với chưng luyện giánđoạn và bán liên tục nhưng chất lượng cốn vẫn chưa cao và muốn thu nhận cồntốt phải lấy tăng lượng cồn đầu

Hệ thống chưng luyện ba tháp gồm sơ đò gián tiếp một dòng có ưu điểm là

dễ thao tác chất lượng cồn tốt và ổn định, nhưng tốn hơi Còn sơ đồ vừa gián tiếpvừa trực tiếp, hai dòng có ưu điểm là tiết được thời gian nhưng đòi hỏi sự tựđộng hóa tốt và chính xác

Trường hợp muốn nâng cao chất lượng cồn hơn nữa ta tiến hành chưngluyện theo sơ đồ bốn tháp( có thêm tháp làm sạch) bao gồm: sơ đồ chưng luyện 3tháp + một tháp fusel + bốn

Đối với hỗn hợp hai cấu tử ta sử dụng các phương pháp tính toán như sau:

TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

Chưng cất phân đoạn hỗn hợp cồn thô ở áp suất khí quyển 1atm Hỗn hợpcồn thô chứa khoảng 50 cấu tử khác nhau trong đó bao gồm chủ yếu 5 nhóm cấu

tử chính vì vậy trong quá trình chưng cất phân đoạn ta chọn 5 cấu tử đặc trưngcho từng nhóm cấu tử để làm cơ sở tính toán:

Ta chọn 5 cấu tử đặc trưng đại diện (mỗi cấu tử đại diện cho một nhómcác cấu tử)

Lưu lượng dòng nhập liệu: 10lit/h

Thành phần sản phẩm đỉnh (theo tiêu chuẩn cồn loại 1):

Chọn cấu tử khóa: ethanol là cấu tử khóa nhẹ: j nhẹ

Nước là cấu tử khóa nặng: j nặngNhập liệu ở trạng thái lỏng sôi:

Giả sử lưu lượng ban đầu cho quá trình biện luận

• Lưu lượng nhập liệu: 10 l/h

• Lưu lượng đỉnh: 0,83 l/h

• Lưu lượng đáy: 9,17 l/h

Từ tiêu chuẩn cồn loại 1 ta có thành phần mol trong 1l sản phẩm đỉnh, từ đósuy ra thành phần mol trong 0,83l sản phẩm đỉnh, cân bằng vật chất:

F.xiF = xiD.D + xiW W

Nên xiW = (F.xiF – xiD.D)/W

Điều kiện nhận giá trị là lưu lượng sản phẩm đỉnh nhiều nhất và xiW> 0

Sau quá trình biện luận thì giá trị lưu lượng trên phù hợp với điều kiện đặt ra.Lập bảng giả thiết phân bố nồng độ cho 1l nhập liệu như sau:

Các cấu tử mol sp đỉnh mol sp đáy xiD (%mol) xiW (%mol)Izo butylic 0,0000166 0,0649834 0,00001 0,001313348Axetandehit 0,000028303 0,010971697 0,00002 0,000221722Axit axetic 0,000025149 0,001488851 0,00002 3.10-5

Etyl axetat 0,000047144 0,003357856 0,00003 6,793.10-5

Tổng 1,450127196 49,4807918 1,00008 0,999997655Tính độ bay hơi tương đối:

Ta cần tính độ bay hơi tương đối của các cấu tử trong hỗn hợp tương ứngvới ba vị trí của tháp chưng:

để xác định hằng số K:

Để tính giá trị Po ta sử dụng công thức:

5

.ln

Trong đó:

Các cấu tử C1 C2 C3 C4 C5Izo butylic 106.295 -9866.4 -11.655 1.0832.10-17 6Axetandehit 193.69 -8036.7 -29.502 0.043678 1Axit axetic 53.27 -6304.5 -4.2985 8.8865.10-18 6Etyl axetat 66.824 -6227.6 -6.41 1.7914.10-17 6Ethanol 73.304 -7122.3 -7.1424 2.8853.10-6 2Nước 73.649 -7258.2 -7.3037 4.1653.10-6 2

Sau đây là kết quả tính toán:

butylic 0.00001

0.238720

562 4.189.10-5

0.470259083Axetande

hit 0.00002

6.029439

496 3.317.10-6

11.87747995Axit

axetic 0.00002

0.291965

58 6.85.10-5

0.575147214Etyl

axetat 0.00003

1.170396

692 2.563.10-5

2.305581348Ethanol 0.877 1.156479961 0.758335665 2.278166579

Izo butylic 0.001313 0.5151106 0.00068 0.515440103Axetandehit 0.000222 9.1580593 0.00203 9.16391731Axit axetic 3.10-5 0.5581736 1.7.10-5 0.558530671Etyl axetat 6.79.10-5 2.0079355 0.00014 2.009219862Ethanol 0.000166 2.2156467 0.00037 2.217063949

Vì nhập liệu chúng ta ở trạng thái lỏng sôi nên ta không cần phải giả thiếtphần trăm bay hơi tương đối trong hỗn hợp nhập liệu nhưng phải xác định nhiệt

độ lỏng sôi của hỗn hợp nhập liệu, ta có bảng kết quả:

Xác định nhiệt độ lỏng sôi nhập liệu

Các cấu tử Nhiệt độ nhập liệu t = 99.3

Axetandehit 0.000216 8.985526463 0.001940683 9.268733707

Axit axetic 2.973.10-5 0.54216638

6 1.612.10-5 0.559254472Etyl axetat 6.686.10-5 1.96003929

3 0.000131039 2.021816121Ethanol 0.0251321 2.15206279

5 0.054085817 2.219891851Nước 0.9732791 0.969444883 0.943540462 1

3. Xác định N min :

3.1. Kiểm tra dữ liệu giả thiết:

Tính Nmin của các cấu tử với cấu tử khóa

Ta sử dụng công thức Fenske để xác định Nmin và kiểm tra giả thiết phân bốnồng độ các cấu tử ở đỉnh tháp và đáy tháp

i iW

jW jD

iDx

x x

x N

 log

log

t 0.00002 0.00022172 0.732035541

10.02940

-Axit axetic 0.00002 3.10-5 5.408197856 0.564259 Etyl axetat 0.00003 6.794.10-5 3.583743496 2.1078993 1.71171Ethanol 0.877 0.0001665 42746.68253 2.238198 13.23499

-Tổng 1.00008 0.99999766

Ta thấy các giá trị Nmin chênh lệch nhau khá lớn vì vậy một số giả thiết nồng

độ ban đầu là chưa hợp lý

Thành phần j nặng luôn ảnh hưởng nhiều đến quá trình chưng nên ta dựavào thành phần này để hiệu chỉnh

Đặt số mol Izo butylic trong sản phẩm ở đỉnh tháp là: a (mol)

số mol Axetandehit trong sản phẩm ở đỉnh tháp là: b (mol)

số mol Axit axetic trong sản phẩm ở đỉnh tháp là: c (mol)

số mol Etyl axetat trong sản phẩm ở đỉnh tháp là: d (mol)

số mol Ethanol trong sản phẩm ở đỉnh tháp là: 1.27156 (mol)

số molNước trong sản phẩm ở đỉnh tháp là: 0.17845 (mol)

Molsảnphẩmđáy

9408 1.001280.011

78089 276 log

0.564

259 0.248520.001514

78089 276 log

0 78089

8993 0.323850.003405

78089 276 log

Ethanol 1.28 1.27156 0.00844 41699.46783 2.238198 13.2

Ở đây ta chủ yếu quan tâm đến nồng độ cấu tử khóa nhẹ là ethanol và khóanặng là nước ở sản phẩm, vì nồng độ của các cấu tử khác rất ít trong sản phẩmđỉnh thu được nên để thõa mãn yêu cầu ethanol chiếm 96% Vđỉnh ta giữ nguyênnồng độ của cấu tử khóa nhẹ là ethanol và cấu tử khóa nặng là nước.

Đồng nhất các biểu thức Nmin ta tính được các giá trị:

Bảng phân bố nồng độ tính toán được sau khi hiệu chỉnh

Sự sai khác số liệu giả thiết với số liệu tính toán không lớn lắm, chủ yếu là

ở cấu từ nhẹ là axetandehit, ta có thể nhận thấy sau quá trình chưng toàn bộaxetandehit đều nằm trên đỉnh, dưới đáy hầu như không có, điều này là hoàntoàn hợp lý vì trong quá trình tính toán ta thấy độ bay hơi tương đối của cấu tử

Các cấu tử phẩm đỉnhMol sản Mol sản phẩmđáy xiD (%mol) xiW (%mol)Izo butylic 2.423.10-8 0.064999976 1.655.10-8 0.001314018Axetandehit 0.010972 2.8.10-5 0.007492806 5.66.10-7

Axit axetic 2.826.10-9 0.001513997 1.93.10-9 3.061.10-5

Etyl axetat 0.0033559 4.91.10-5 0.002291752 9.926.10-7

Ethanol 1.27156 0.00844 0.868351476 0.00017062Nước 0.17845 49.39155 0.121863947 0.998483197

này là lớn nhất tương ứng với nhiết độ sôi của nó là thấp nhất trong hỗn hơpnhưng vì đây là cấu tử nhẹ nên ta không có yêu cầu chặt chẽ, do đó số liệu phân

bố nồng độ này được sử dụng tính toán cho phần sau

4. Tính tỷ số hồi lưu tối thiếu R min

J.C.Maxwell đã biến đổi đơn giản hóa các công thức Gilliland và cuối cùng

đã đưa ra công thức tính hồi lưu tối thiểu Rmin ở dạng sau:

inang

D inang inang

D jnhe

inang jnhe

inang

inhe

D jnang inhe D

inhe inhe

inhe

D jnang nhe

j

jD

jnhe

nhe j j

x l

x

x l x

x l

x l

R

α α

α α α α α

1

1

1)

()1( min

Trước khi sử dụng công thức tính Rmin ta phải xác định đại lượng li và kếtquả tính toán được trình bày ở bảng sau:

Axetandehit (inhẹ) 0.000216 10.02941 0.021598 2.213.10-5

ethanol (jnhẹ) 0.025132 2.238198 0.0258221Etyl axetat (iv) 6.69.10-5 2.107899 6.869.10-5

Nước (j nặng) 0.973279 1 1

Izo butylic (i nặng) 0.001276 0.499285 19.692308Axit axetic (i nặng) 2.97.10-5 0.564259 845.44254

Giá trị Rmin:

65026

27

65026

28

564259

0238198

2

10.92995

144254

845

86835

056426

.0

499285

0238198

2

10.65474

169231

19

86835

049929

.0

1107899

2

)10.869.612186

000229

0(107899

2

102941

10

)10.213.212186

000749

0(02941

10

12186

002582

0

86835

0.1

238198

2

1238198

202582

01

Từ đồ thị thực nghiệm giữa Φ(N) và Φ(R) ta xác định được N theo R, kết quảtổng hợp trong bảng dưới:

Để tính gần đúng ta có thể lấy chỉ số hồi lưu làm việc:

Dựa vào đồ thị trên kết hợp với biểu thức xác định chỉ số hồi lưu thích hợptrong thực tế:

Rx = 1.3*Rxmin +0.3

= 1.3*27.65026+0.3 = 36.24533

Kết luận: Vậy sau khi sử dụng phương pháp đơn giản hóa Gilliland để

tính toán ta dự đoán được số mâm lý thuyết của tháp chưng phân đoạn là 24mâm lý thuyết tương ứng với chỉ số hồi lưu thích hợp R là 36

Để thuận tiện cho việc tính toán tiếp theo ta xác định lại các thông số nhập liệu

Các cấu tử Nhiệt độ nhập liệu t = 99.3

0 97327912

0

025132081

0 ) (

) (

x

x

A

Xác định tỷ số nồng độ hai cấu tửkhóa ở mâm nhập liệu:

để làm cơ sở xác định điểm dừng cho mỗi đoạn tính toán.

Bắt đầu tính từ mâm n=1 (mâm đỉnh) Tính từ đỉnh xuống yiD=xiD, với

yin=yi1 ta tính cân bằng pha trên mâm sẽ được xi1

Để tính cân bằng pha trên mâm ta giả thiết nhiệt độ để tính ra giá trị αi, sau

đó xác định nồng độ pha lỏng trên mâm xi(1) thông qua công thức

∑

= n

i i i

Tiếp đó, ta tính yi(2) theo phương trình cân bằng vật chất trên mâm đoạn cất:

V.yi(n+1) = L.xi(n) + D.xiD

R

Ta có:

136

i

x x

y

Với R=36, nên

Kiểm tra nhiệt độ giả thiết trên mâm bằng cách tính hằng số cân bằng

Kinước=yinước/xinước và nhiệt độ tương ứng Kinước sẽ là cơ sở để kiểm tra giả thiết.Cuối cùng xác định tỷ số hội tụ xEthanol/xnước, nếu xEthanol/xnước > A thì tính mâmtiếp theo

Bảng kết quả tính toán đoạn cất

-0.478642772

1.429.1

0-7

2.49.10 7

-2.427.1

0-7 Knước=

0.57374

4 tínhđượct=85.3o

C (chấpnhận)

Axetand

ehit

0.001415523

11.32373565

0.000125005

0.000217876

0.00041479Axit

axetic

6.521.10 9

-0.572064639

2.249499875

0.000878323

0.001530863

0.00155146Ethanol 0.758308736 2.267394102 0.334440641 0.582909172 0.59063524

xMethanol/

xNước=1.403444

Axetan

dehit

0.007492806

11.91464118

0.000628874

0.001246453

0.00141552Axit

axetic 1.93.10-9

0.57534941

2.30927679

0.000992411

0.001966998

0.00197579Ethanol 0.868351476 2.278864975 0.381045602 0.755247344 0.75830874

xMethanol/

xNước=3.12681

2 > ANước 0.121863947 1 0.121863947 0.241539128 0.23829988

m n Cấu tử i yi(n) αi(n) yi(n)/αi(n) xi(n) yi(n+1) Kiểm

tragiả thiết t=89.3oC

3

Izo

butylic

2.427.10 7

-0.489110086

Axetand

ehit

0.000414786

10.66695391

2.180333379

0.000711569

0.001061679

0.00109497Ethanol 0.590635244 2.253635938 0.262081037 0.391031334 0.40395097

xMethanol/x

Nước=0.6

43304 >A

-0.49843225

Axetand

ehit

0.000259255

10.11183346

axetic

4.956.10 8

-0.564805

2.119380818

0.000516648

0.000666222

0.00071022Ethanol 0.403950

967

2.241045621

0.180251113

0.232435432

0.2496

4778 xMethanol/x

Nước=0.3

03099 >A

Nước 0.594694

0.594694034

0.766863307

0.7494051

Mâ Cấu tử i yi(n) αi(n) yi(n)/αi(n) xi(n) yi(n+1) Kiểm

ehit

0.000234974

9.695262322

2.423.1

0-5 2.812.1

0-5 0.0002

3017Axit

2.07197774

0.000342774

0.000397798

0.00044906Ethanol 0.249647783 2.230929024 0.111903059 0.129866303 0.14985489

xMethanol/x

Nước=0.1

49323 >A

-0.50976348

Axetand

ehit

0.000230173

axetic

2.213.10 7

-0.560632765

2.045883834

0.000219495

0.000239347

0.0002949Ethanol 0.149854895 2.22523152 0.067343507 0.073434355 0.09495039

xMethanol/

xNước=0.079278

> ANước 0.849461597 1 0.849461597 0.9262907 0.90451727

m n Cấu tử i yi(n) αi(n) yi(n)/αi(n) xi(n) yi(n+1) Kiểm

tragiả thiết t=98.6oC

7

Izo

butylic

8.434.10 6

-0.51186722

2.032287903

0.000145107

0.000153159

0.00021104Ethanol 0.094950391 2.222225278 0.042727617 0.045098364 0.06738137

xMethanol/x

Nước=0.0

47238 >A

-0.513026717

Axetand

ehit

0.000227896

9.293688695

axetic

7.683.10 7

-0.559425621

2.024798942

0.00010423

0.000108271

0.00016737Ethanol 0.067381

372

2.220558121

0.03034434

0.031521038

0.0541

7154 xMethanol/x

Nước=0.0

32553 >A

Nước 0.932161

0.932161999

0.968309529

0.94539877

m n Cấu tử i yi(n) αi(n) yi(n)/αi(n) xi(n) yi(n+1) Kiểm

tragiả thiết t=99.2oC

9

Izo

butylic

3.334.10 5

-0.513257822

Axetand

ehit

0.000227591

9.281197166

axetic

1.388.10 6

-0.559340006

2.023306623

xMethanol/x

Nước=0.0

25808 >A

-0.513257822

0.000126928

0.000130394

0.0001

2686 Knước=

0.97341

9 tínhđượct=99oC (chấpnhận)

Axetand

ehit

0.000227404

9.281197166

axetic

2.489.10 6

-0.559340006

2.023306623

Nước=0.022709

< A(dừng)Nước 0.951582677 1 0.951582677 0.977566973 0.95440564

6.2. Tính toán từng mâm cho đoạn chưng

Tính toán từng mâm cho đoạn chưng cũng gần tương tự tính từng mâm chođoạn cất nhưng có một số điểm khác biết như sau: vì hệ chúng ta là hệ nhiều cấu

tử, trong đó có những cấu tử có độ bay hơi tương hơi đối lớn (nhiệt độ sôi thấp)như Andehit axetic hay etylaxetat, nhiệt độ đáy cao nên có những mâm nồng độcủa các cấu tử này rất thấp (gần như bằng 0), điều này có ảnh hưởng khá lớn đếnquá trình tính toán trên những mâm tiếp theo Để khắc phục nhược điểm nàychúng ta không tính từng mâm từ đáy lên đến khi hội tụ tại vi trí nhập liệu nữa

mà chúng ta sẽ tiến hành tính toán từng mâm từ mâm nhập liệu xuống và nồng

độ các cấu tử sẽ hội tụ theo tỷ số hội tụ sản phẩm đáy

Để thuận tiện cho việc tính toán ta xác định các thông số ở dòng sản phẩmđáy:

Nhiệt độ đáy t = 100.15Các cấu tử xIw

Izo butylic 0.001314018Axetandehit 5.66.10-7

Axit axetic 3.061.10-5

Etyl axetat 9.926.10-7

Ethanol 0.00017062Nước 0.998483197

000170879

0 998483197

0

00017062

0 '

) (

W Ethanol

làm cơ sở để xác định điểm dừng cho mỗi đoạn tính toán.

Bắt đầu tính từ mâm n=1 (mâm nhập) Tính từ mâm nhập liệu xuốngx’i(m+1)=xiF, ta tính y’i(m) theo phương trình cân bằng vật chất trên mâm:

L’ x’i(m+1)= V’ y’i(m) + W.xiW

Kết hợp phương trình: L’ = V’ + W

iW m

i m

V

W x

V

L

' '

Vì nhập liệu lỏng sôi nên L’ = F+L

Trong đó, L là suất lượng mol của dòng hoàn lưu sản phẩm đỉnh

iW m

i m

V

W x

V

L

' '

i m

1 54

4666 49 '

1 54

Kiểm tra nhiệt độ giả thiết trên mâm bằng cách tính hằng số cân bằng

Kinước=yinước/xinước và nhiệt độ tương ứng Kinước sẽ là cơ sở để kiểm tra giả thiết.Cuối cùng xác định tỷ số hội tụ xEthanol/xnước, nếu xEthanol/xnước > A’ thì tínhmâm tiếp theo đến khi tỷ số hội tụ xấp xỉ với tỷ số hội tụ nồng độ sản phẩm đáythì dừng lại

Lưu ý: Tính toán từng mâm cho đoạn chưng phức tạp hơn rất nhiều so với

việc tính toán từng mâm cho đoạn cất vì ở đoạn chưng phần lớn nồng độ các cấu

từ nhẹ rất ít (gần như bằng không) nên ở đây khi tính toán đến mâm nào mà nồng

độ cấu từ khoảng x’.10-5 hoặc x’.10-6 trở xuống ta xem như trên mâm đó nồng

độ cấu tử đó bằng 0 để đơn giản hóa quá trình tính toán Ngoài ra, trong quá trìnhtính toán còn gặp trường hợp đối với cấu tử nặng là nồng độ pha hơi cấu tử y’i(m)

đó bị âm thì khi đó quá trình truyền khối của cấu tử này ở mâm phía trên đã đạtđến giới hạn (cân bằng) nên ta sẽ giữ nguyên nồng độ cấu tử đó (ở mâm phíatrên mâm có nồng độ bị âm) và không tính toán cho cấu từ đó nữa

Sau đây là bảng kết quả tính toán cho đoạn chưng

Mâ

m m Cấu tử i x'i(m+1) αi(m) y'i(m) y'i(m)/αi(m

) x'i(m) Kiểm trax'i(m+1)=xiF, giả thiết nhiệt độ t=99.9oC

1

Izo

butylic

0.001276239

0.513488663

0.001241693

0.002418151

0.0024

8165 Knước=

0.96910

6 tínhđượct=99oC (chấpnhận)

Axetand

ehit

0.000215979

9.268733707

0.000412952

0.00012708

0.513949549

0.00354933

0.006905989

0.00704662

Knước=0.97442

7 tínhAxetand 4.572.10 9.24389 8.701.10 9.413.10 9.605.1

ehit -5 0708 -5 -6 0-6

đượct=99oC (chấp

7.361.10

-5

0.000131674

0.00013436Etyl

axetat 6.45.10-5

2.018840561

0.000122581

5 > A'

Nước 0.97518454 1 0.953880249 0.953880249 0.97330451

Mâ

m m Cấu tử i x'i(m+1) αi(m) y'i(m) y'i(m)/αi(m

) x'i(m) Kiểm traGiả thiết nhiệt độ t=99.6oC

3

Izo

butylic

0.007046619

0.514179595

0.012288509

0.023899255

0.0241

0766 Knước=

0.98004

8 tínhđượct=99oC (chấpnhận)

0.558998351

0.000229223

0.00041006

0.00041364Etyl

axetat

6.195.10

-5

2.017355496

0.000117699

0.51486814

0.044950165

0.087304227

0.0851524

Knước=0.99135

6 tínhđượct=100oC(chấpnhận)

0.558742953

0.000763878

0.001367137

0.00133344Etyl

axetat

5.885.10

-5

2.012911131

0.000111758

0.032102018

0.014474093

0.0141

1734 xMethanol/x

Nước=0.01757

9 > A'

Nước 0.958567695 1 0.92206896 0.92206896 0.89934232

Mâ

m m Cấu tử i x'i(m+1) αi(m) y'i(m) y'i(m)/αi(m

) x'i(m) Kiểm traGiả thiết nhiệt độ t=100.9oC

5

Izo

butylic

0.085152402

0.517146027

0.16181422

0.312898507

0.2748

8308 Knước=

1.02511

8 tínhđượct=100oC(chấpnhận)

0.557896809

0.002524752

0.004525482

0.00397566Etyl

axetat

5.415.10

-5

1.998213081

0.000102761

butylic 3084 1125 4639 7796 0077

1.13614

9 tínhđượct=103oC(chấpnhận)

0.55548729

0.007583018

0.013651111

0.00926967Etyl

axetat

4.517.10

-5

1.956581255

0.020250009

0.009183726

0.0062

3613 xMethanol/x

Nước=0.01500

4 > A'

Nước 0.71043

0.447047244

0.447047244

0.30356372Tổng 0.999999987 1.000000492 1.472663618 1

Mâ

m m Cấu tử i x'i(m+1) αi(m) y'i(m) y'i(m)/αi(m

) x'i(m) Kiểm traGiả thiết nhiệt độ t=104oC

7

Izo

butylic

0.274883084

0.524038012

0.525034639

1.001901822

0.6741

2375 Knước=

1.14490

1 tínhđượct=104oC(chấpnhận)

0.555323503

0.017717876

0.031905504

0.02146743Etyl

axetat 2.97.10-5

1.953763402

Izo

butylic

0.274883084

0.524038012

0.525034639

1.001901822

0.6751

7822 Knước=

1.15265

6 tínhđượct=104oC(chấpnhận)

0.555323503

0.017717876

0.031905504

0.02150101Etyl

2 > A'

Nước 0.710436836 1 0.447047244 0.447047244 0.30126361

Tổng 0.998186036 0.996528772 1.483907204 1

Mâ

m m Cấu tử i x'i(m+1) αi(m) y'i(m) y'i(m)/αi(m

) x'i(m) Kiểm traGiả thiết nhiệt độ t=104.3oC

9

Izo

butylic

0.274883084

0.52469133

0.525034639

1.000654306

0.6755

0721 Knước=

1.15694

7 tínhđượct=104.3o

C (chấpnhận)

0.555078393

0.017717876

0.031919592

0.02154782Etyl

6 > A'Nước 0.710436836 1 0.447047244 0.447047244 0.30178617

Tổng 0.996646754 0.993581971 1.481337721 1