BÁO CÁO TIỂU LUẬN CHƯNG CẤT DÁN ĐOẠN, VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC-THỰC PHẨM

BÁO CÁO TIỂU LUẬN, CHƯNG CẤT DÁN ĐOẠN, VIỆN CÔNG NGHỆ, SINH HỌC-THỰC PHẨM

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC-THỰC PHẨM

BÀI TIỂU LUẬN

CHƯNG CẤT GIÁN ĐOẠN

GV: Phạm Văn Hưng SV: Trần Thị Yến Như

MSSV: 15026891

ĐẠI HỌC THỰC PHẨM 11A

Thành phố Hồ Chí Minh ngày 26, tháng 3, năm 2017

BÁO CÁO BÀI 5: QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT

1 Mục đích thí nghiệm:

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

1.1 Ký hiệu:

´

phẩm đáy và sản phẩm đỉnh, (kg/kg)

gần bằng khoảng 5% đến 10% nhiệt lượng cung cấp

đáy(J/kg.độ)

tv, tr: Nhiệt độ vào và ra của nước (0C)

G: Lưu lượng dòng giải nhiệt (kg/s)

C: Nhiệt dung riêng của dòng giải nhiệt (J/kg.độ)

2 Cơ sở lí thuyết:

Nhập liệu F được qua thiết bị đun nóng đến nhiệt độ sôi Sau đó, đi vào tháp chưng cất Hơi bay ra khỏi đỉnh tháp được ngưng tụ lại một phần trở lại tháp, phần còn lại là sản phẩm đỉnh D Dưới đáy lấy sản phẩm đáy W đem làm nguội cho vào bình chứa Phương trình cân bằng cho toàn tháp:

F=W +D

F x F=W x W+D x D

Trong đó:

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

đỉnh

Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện: Để đơn giản, ta thừa nhận:

Số mol của pha hơi đi từ dưới lên bằng nhau trong tất cả tiết diện của tháp Hỗn hợp đầu vào tháp ở nhiệt độ sôi

Chất lỏng trong thiết bị ngưng có thành phần bằng thành phần hơi ra khỏi đỉnh tháp

2.1 Cân bằng vật liệu trong tháp chưng cất;

Đun sôi ở đáy tháp bằng hơi đốt gián tiếp

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

y= R

R+1 x +

x D R+1

Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng:

y= L+ R

R+1 x +

L−1 R+1 x W

Với L= F/D : là lượng hỗn hợp nhập liệu so với sản phẩm đỉnh

2.2 Xác định số đĩa lí thuyết của tháp chưng cất:

Thứ tự tiến hành như sau;

Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp

Vẽ đường cân bằng và các đường làm việc

Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp của tháp: chỉ số hồi lưu là một đại lượng ở trong các phương trình đường làm việc của tháp Vì thế, muốn xác định chỉ số hồi lưu thích hợp thì trước hết ta phải phân tích cách vẽ các đường nồng độ làm việc của đoạn chưng và cất

Trên đồ thị hình vuông, ta vẽ đường thẳng y=f(x) theo các số liệu đã biết và đường chéo góc y=x

Đường nồng độ làm việc của các đoạn cất có dạng chung: y=Ax+B Nó đúng với mọi tiết diện của đoạn cất Theo giả thiết, thành phần của cấu tử dễ bay hơi trong chất lỏng ngưng tụ ở thiết bị ngưng tụ đi vào tháp bằng thành phần cấu tử dễ bay hơi từ đỉnh tháp đi ra Do đó, đĩa trên cùng thì y=x và phương trình đường làm việc của đĩa trên cùng là y=Ax+B

x= D∗x D+W∗x W

F∗x F

F =x F

Chỉ số hồi lưu tối thiểu:

R xmin=x D−y F¿

y¿F

−x F

R x=b∗R xmin

Ảnh hưởng trạng thái nhiệt động của hỗn hợp đầu lên vị trí của đường tiếp liệu:

y= G X−G X

'

G Y−G Y ' x + F

G Y−G Y ' x F

2.3 Cân bằng nhiệt lượng của quá trình chưng cất:

Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun nóng:

Q D1+Q f=Q f '

=Q m

Q D1=D1∗r

r: ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đốt (J/kg)

Q f=F∗C f∗t f

F: lượng hỗn hợp đầu (kg/s)

Q f '=F∗t f '∗C ' f

C’

t’: nhiệt độ của dung dịch (0C)

giá trị tính:

D1=F∗(t f '

∗C f '

−t f∗C f)

0.95r

Cân bằng nhiệt của tháp:

Q f '

+Q D2+Q x=Q n+Q w+Q m

D2=Q n+Q w+Q m−Q ' f

r

Q n=D (1+R x)

Q w=W∗C w∗t w

Q x=R x∗C x∗t x∗D

Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ:

Nếu chỉ ngưng tụ hồi lưu:

D∗R x∗r=G1C1(t2−t1)

Lượng nước lạnh tiêu tốn là:

G1=D∗R x∗r

C1(t2−t1)

C1: nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ trung bình ttb= 0.5(t1+t2)

r: ẩn nhiệt hóa hơi (J/kg)

Nếu ngưng tụ hoàn toàn, ta có:

D∗(1+ R x)∗r=G2C1(t2−t1)

Do đó, lượng nước lạnh tiêu tốn là:

G2=D∗(1+R x)∗r

C1(t2−t1)

Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh:

Nếu trường hợp ngưng tụ hồi lưu:

D∗(t2'

−t1'

t1, t2: nhiệt độ đầu và cuối của sản phẩm đỉnh (0C)

3 Thu nhận số liệu thực nghiệm

(s)

VD

(%V)

VD

(lít)

tw

(0C)

tD

(0C)

tF

(0C)

tv

(0C)

tr

(0C)

G (l/h)

4 Phương pháp xử lý số liệu

 Tính toán cân bằng vật chất

 Tính x F, F:

truyền khối)

truyền khối)

100×V F × ρ E ×10−3 = 10017 ×6 × 778.91×10−3 = 0.794 (kg)

m hh=

0.794 5.75 =0.138 (kg/kg)

 Tính x D, D:

100×V D × ρ E ×10−3

100)×V D × ρ N ×10− 3

m hh

( bảng 4, 43 - Bảng Tra Cứu Quá Trình cơ học, truyền nhiệt, truyền khối) như sau:

tD (0C) ρE (kg/m3) ρN (kg/m3)

 Tính x W, W:

Phương trình cân bằng vật chất:

- x F F=x W W + x D D => x W=x F F−x D D

W

W:

0.95

- Bảng giá trị của C P F, C P D, C PW, r D thay đổi theo nhiệt đô:

tF

(0C)

CPF

(kJ/kg.độ)

tD

(0C)

CPD

(kJ/kg.độ)

rD

(kJ/kg)

tw

(0C)

CPW

(kJ/kg.độ)

(0C) (kJ/kg.đ )ộ) (0C) (kJ/kg.đ )ộ) (kJ/kg) (0C) (kJ/kg.đ )ộ)

5 Kết quả xử lý số liệu

STT x F

(kg/kg)

F

(kg) x D (kg/kg)

D

(kg)

x W

(kg/kg)

W

(kg) ln(

F

W)

STT x F

(kg/kg)

F

(kg) x D (kg/kg)

D

(kg)

x W

(kg/kg)

W

(kg) ln(

F

W)

Bảng 10.3 Kết quả tính cân bằng năng lượng

(Kg/h)

Qng

(Kj)

QF

(Kj)

(Kj)

QD

(Kj)

QK

(Kj)

*Sử lí số liệu dòng thứ 5:

Tính toán cân bằng vật chất

+Tính x F, F:

m hh=

0.794 5.75 =0.138 (kg/kg) +Tính x D, D:

=5.75-5.515=0.235 (kg)

m hh

¿0.794

+ Tính x W, W:

Phương trình cân bằng vật chất:

- F=W +D => W =F−D

=5,75-0.235

=5.515 (kg)

- x F F=x W W +x D D => x W=x F F−x D D

W

¿0.38∗5,75−0.704∗0.235

5,515

=0.114(kg/kg)

W=ln5.5155.75 =0.042

Tính toán cân bằng năng lượng

=5.75 ×3.9612 ×31.5

=717.47 (Kj)

=76.40(Kj)

=5.515×4.1191×95

=2164.75(Kj)

=0.235×1259.9 =295.97(Kj)

- Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh: Qm = 5% QK

0.95

¿76.4+2164.75+295.97−717.47

0.95

=1915.43(Kj)

6 Đồ thị và nhận xét

6.1 Đồ thị

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Đồ thị thể hiện sự biến đổi nồng độ trong quá trinh chưng cất gian đoạn

Nồng độ sản phẩm đỉnh Nồng độ sản phẩm đáy

t (s)

0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 1.000 1000

1500 2000 2500 3000

1637.224 1771.690 1915.425 2067.837 2220.189 2377.484 2542.808

Đồ thi thể hiên sự biến đổi nhiệt lượng nồi đun theo độ tinh khiết của sản phẩm

Độ tinh khiết

6.1.Nh n xét ận xét

- V i ý ngh a c a vi c hoàn l u nh trên nên n u b qua hoàn l u thì n ng đ s nệc hoàn lưu như trên nên nếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản ưu như trên nên nếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản ưu như trên nên nếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản ếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản ỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản ưu như trên nên nếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản ồng độ sản ộ) ản

ph m đ nh s không cao, hi u su t s th p.ẩm đỉnh sẽ không cao, hiệu suất sẽ thấp ỉnh sẽ không cao, hiệu suất sẽ thấp ẽ không cao, hiệu suất sẽ thấp ệc hoàn lưu như trên nên nếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản ất sẽ thấp ẽ không cao, hiệu suất sẽ thấp ất sẽ thấp

- Ch s hoàn l u càng l n thì l ng h n h p l ng s n ph m đ nh đ c đ a v càngỉnh sẽ không cao, hiệu suất sẽ thấp ưu như trên nên nếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản ưu như trên nên nếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sảnợng hỗn hợp lỏng sản phẩm đỉnh được đưa về càng ỗn hợp lỏng sản phẩm đỉnh được đưa về càng ợng hỗn hợp lỏng sản phẩm đỉnh được đưa về càng ỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản ản ẩm đỉnh sẽ không cao, hiệu suất sẽ thấp ỉnh sẽ không cao, hiệu suất sẽ thấp ưu như trên nên nếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sảnợng hỗn hợp lỏng sản phẩm đỉnh được đưa về càng ưu như trên nên nếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản ề càng cao H i t tháp ch ng c t đi lên thi t b ng ng t ti p xúc v i l ng l ng hoàn l uưu như trên nên nếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản ất sẽ thấp ếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản ị ngưng tụ tiếp xúc với lượng lỏng hoàn lưu ưu như trên nên nếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản ụ tiếp xúc với lượng lỏng hoàn lưu ếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản ưu như trên nên nếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sảnợng hỗn hợp lỏng sản phẩm đỉnh được đưa về càng ỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản ưu như trên nên nếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản này Trong h i ch a hai thành ph n: ph n l n c u t etanol và m t ph n nh h iứa hai thành phần: phần lớn cấu tử etanol và một phần nhỏ hơi ần: phần lớn cấu tử etanol và một phần nhỏ hơi ần: phần lớn cấu tử etanol và một phần nhỏ hơi ất sẽ thấp ử etanol và một phần nhỏ hơi ộ) ần: phần lớn cấu tử etanol và một phần nhỏ hơi ỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản

n c dòng hoàn l u c ng ch a hai thành ph n: etanol và n c d ng l ng Quáưu như trên nên nếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản ưu như trên nên nếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản ũng chứa hai thành phần: etanol và nước ở dạng lỏng Quá ứa hai thành phần: phần lớn cấu tử etanol và một phần nhỏ hơi ần: phần lớn cấu tử etanol và một phần nhỏ hơi ưu như trên nên nếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản ở dạng lỏng Quá ạng lỏng Quá ỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản trình ti p t c, s n ph m đ nh này s đ c hoàn l u l i, t ng ng s có n ng đ c uếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản ụ tiếp xúc với lượng lỏng hoàn lưu ản ẩm đỉnh sẽ không cao, hiệu suất sẽ thấp ỉnh sẽ không cao, hiệu suất sẽ thấp ẽ không cao, hiệu suất sẽ thấp ưu như trên nên nếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sảnợng hỗn hợp lỏng sản phẩm đỉnh được đưa về càng ưu như trên nên nếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản ạng lỏng Quá ưu như trên nên nếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản ứa hai thành phần: phần lớn cấu tử etanol và một phần nhỏ hơi ẽ không cao, hiệu suất sẽ thấp ồng độ sản ộ) ất sẽ thấp

t hoàn l u cao h n dòng hoàn l u ban đ u C th s ti p xúc pha h i và pha l ng kèmử etanol và một phần nhỏ hơi ưu như trên nên nếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản ưu như trên nên nếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản ần: phần lớn cấu tử etanol và một phần nhỏ hơi ứa hai thành phần: phần lớn cấu tử etanol và một phần nhỏ hơi ếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản ự tiếp xúc pha hơi và pha lỏng kèm ếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản ỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản

s lôi cu n c u t có đ bay h i cao di n ra liên t c, n ng đ s n ph m đ nh thuự tiếp xúc pha hơi và pha lỏng kèm ất sẽ thấp ử etanol và một phần nhỏ hơi ộ) ễn ra liên tục, nồng độ sản phẩm đỉnh thu ụ tiếp xúc với lượng lỏng hoàn lưu ồng độ sản ộ) ản ẩm đỉnh sẽ không cao, hiệu suất sẽ thấp ỉnh sẽ không cao, hiệu suất sẽ thấp

đ c càng cao.ưu như trên nên nếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sảnợng hỗn hợp lỏng sản phẩm đỉnh được đưa về càng

7.TÀI LI U THAM KH O ỆU THAM KHẢO ẢO

[1] Ngô Ph ng Lan- H ng d n th c hành Quá Trình và Thi t B ( h đ i h c) – ưu như trên nên nếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản ưu như trên nên nếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản ẫn thực hành Quá Trình và Thiết Bị ( hệ đại học) – ự tiếp xúc pha hơi và pha lỏng kèm ếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản ị ngưng tụ tiếp xúc với lượng lỏng hoàn lưu ệc hoàn lưu như trên nên nếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản ạng lỏng Quá ọc) – Nhà xu t b n Lao ất sẽ thấp ản Độ)ng,2012

[2] Giáo trình Quá Trình và Thi t B Truy n Nhi t ếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản ị ngưng tụ tiếp xúc với lượng lỏng hoàn lưu ề càng ệc hoàn lưu như trên nên nếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản – Nhà xu t b n ất sẽ thấp ản Đạng lỏng Quái H c Côngọc) – Nghi p TP.HCM,2011.ệc hoàn lưu như trên nên nếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản

[3] B ng tra c u Quá Trình C H c – Truy n Nhi t Truy n Kh i – Nhà xu t b n ản ứa hai thành phần: phần lớn cấu tử etanol và một phần nhỏ hơi ọc) – ề càng ệc hoàn lưu như trên nên nếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng độ sản ề càng ất sẽ thấp ản

i H c Qu c Gia TP.HCM,2006

Đạng lỏng Quá ọc) –