Đang tải... (xem toàn văn)
Chưng cất hỗn hợp etanol-nước bằng tháp mâm chóp
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH TRUNG TÂM MÁY VÀ THIẾT BỊ TIỂU LUẬN MÔN HỌC TRUYỀN KHỐI Đề tài: Chưng cất hỗn hợp etanol-nước bằng tháp mâm chóp GVHD: ThS. Cao Thanh Nhàn Nhóm: DHMT 4 Lớp HP: Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2010 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC TIỂU LUẬN MÔN HỌC CƠ LƯU CHẤT Đề tài: Lực cản và ứng dụng GVHD: ThS. Cao Thanh Nhàn Nhóm: DHMT 4 Lớp HP: Danh sách sinh viên nhóm DHMT4: SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 1 BÀI SỐ 1:KHẢO SÁT CHẾ ĐỘ CỘT CHÊM (THÁP ĐỆM) I. Mục đích thí nghiệm: Khảo sát đặc tính động lực học lưu chất và khả năng hoạt động của tháp đệm bằng cách xác định: - Ảnh hưởng của vận tốc khí và lỏng lên độ giảm áp suất của dòng khí qua cột. - Sự biến đổi của hệ số ma sát f ck trong cột theo chuẩn số Reynolds Re c của dòng khí và suy ra các hệ thức thực nghiệm. - Sự biến đổi của thừa số liên hệ giữa độ giảm áp của dòng khí khi cột khô và khi cột ướt với vận tốc dòng chảy. II. Lý thuyết thí nghiệm: 2.1. Cấu tạo Tháp đệm là một tháp hình trụ gồm nhiều gia đoạn nối với nhau bằng mặt bích hay hàn. Vật đệm đổ đầy trong tháp theo một trong hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự. Vật đệm sử dụng phổ biến : Vòng Rasching Vật đệm hình yên ngựa Vật đệm vòng xoắn 2.2. Sự chuyển động của lưu chất qua tháp đệm Khi chất lỏng chuyển động từ trên xuống và pha khí chuyển động từ dưới có thể xảy ra 4 chế độ thủy lực: Chế độ màng Chế độ treo Chế độ nhũ tương Chế độ kéo theo 2.2.1. Độ giảm áp khi cột khô SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 2 ∆P C G n ( với n = 1.8 - 2) lg∆P C /Z = nlgG – lgZ Đây là phương trình đường thẳng có hệ số góc n 2.2.2. Độ giảm áp khi cột khô Trong giai đoạn đầu lượng chất lỏng bị giữ lại trong tháp là không đổi theo tốc độ khí. Giai đoạn kế tiếp lượng chất lỏng bị giữ lại trong tháp tăng nhanh theo tốc độ khí, các chỗ trống trong tháp nhỏ dần và độ giảm áp của pha khí tăng nhanh. 2.3. Thừa số ma sát F ck theo Re c khi cột khô Thừa số ma sát f ck là hàm số theo chuẩn số Re với Re : Re c = G*D e / = 4G/a Trong đó: : độ nhớt của dòng khí, kg/m.s Zhavoronkow đã xác định được khí dòng khí chuyển từ chế độ chảy tầng sang chảy rối ứng với trị số Re c = 50. Trong vùng chảy rối 50 < Re < 7000 với cột chêm ngẫu nhiên thì: f ck = 3.8/Re 0.2 Trong vùng chảy dòng Re < 50 thì hệ số ma sát được tính: f ck = 140/Re 2.4. Độ giảm áp ∆P cư khi cột ướt Sự liên hệ: ∆P cư = ∆P ck f cư = f ck 2.5. Điểm lụt của cột chêm L G L Gck G L g vaf 2 2.0 3 2 1 .2 Trong đó: f ck = được tính từ hệ thức liên hệ với Re. = vận tốc dài của khí ngay trước khi vào cột chêm. = độ nhớt tương đối của chất lỏng so với nước. Hệ thống hấp thu lỏng khí DIDACTA SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 3 Mô hình thí nghiệm Các bước tiến hành Mở van cho nước vào trong bình chứa (khóa van 11). Mở các van 14 và 6, khóa van 5. Mở bơm lỏng đến khi nước qua van 6 chảy ngược vào bình chứa thì ngừng bơm và khóa van 6. Khóa van 23, mở van 22, sau đó mở máy nén để thổi hết lượng nước còn đọng trong các khe của vật đệm. Sau khoảng 5 phút, chuẩn bị làm thí nghiệm khi cột khô. SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 4 Đo độ giảm áp khi cột khô - Khóa van 22 để thay đổi lượng khí qua cột. Ứng với 6 giá trị lưu lượng khí ghi lại 6 giá trị ∆P ck trên áp kế thủy ngân. Điều chỉnh lưu lượng từ mức cao xuống thấp để đảm bảo điều kiện làm việc của máy nén. - Sau khi tiến hành xong thí nghiệm cột khô tắt máy nén. Đo độ giảm áp của dòng khí khi cột ướt - Mở van 13 và 6. Bật bơm lỏng, điều chỉnh van 14 để giữ lưu lượng lỏng không đổi. - Mở van 22, mở máy nén để đưa không khí vào tháp. - Khóa dần van 22 thay đổi lưu lượng khí G tương ứng với các giá trị G khi đo cột khô và đọc ∆P cư trên áp kế. - Lặp lại 5 giá trị khác nhau của L. Nếu xảy ra hiện tượng ngập lụt thì tắt máy nén. - Sau khi làm xong thí nghiệm ngừng máy tắt bơm, máy nén mở van 5 xả hết chất lỏng còn lại trong tháp ra ngoài. III. Báo cáo thí nghiệm: 1. Kết quả thí nghiệm Bảng 1: Kết quả thí nghiệm trên cột khô: STT G (kg/m 2 .s) ∆P ck (N/m 2 ) 1 0,097 0,98.10 5 2 0,194 1,96.10 5 3 0,293 2,94.10 5 4 0,39 4,9.10 5 5 0,487 7,84.10 5 6 0,584 10,79.10 5 Bảng 2: Kết quả thí nghiệm trên cột ướt: SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 5 L lỏng (l/s) 0,004 0,053 0,067 0,08 0,093 STT G( kg/s.m 2 ) ∆P cư (N/m 2 ) 1 0,097 2,02. 10 5 2,94. 10 5 2,94.10 5 2,94. 10 5 9,81. 10 5 2 0,194 4,9. 10 5 6,86. 10 5 9. 10 5 9,81. 10 5 23,53. 10 5 3 0,293 9,81. 10 5 11,76. 10 5 18,63. 10 5 20,6. 10 5 39,62. 10 5 4 0,39 21,33. 10 5 25,15. 10 5 39,22. 10 5 44,62. 10 5 71. 10 5 5 0,487 37,26. 10 5 48,55. 10 5 76,5. 10 5 80,95. 10 5 128,17. 10 5 6 0,584 58,82. 10 5 60,89. 122,39. 10 5 128,24. 10 5 205,88. 10 5 2. Xử lý số liệu Đổi đơn vị: 1N/m 2 = 1Pa = 1,02.10 -6 mmH 2 O 3 2 2 1.1000 1 60 út 3600 . 4 80 m l kg D h ph s m D mm Z = 1.6 m 2 2 760 1 1033 1 1,33.10 cmH O mmHg mmHg Pa Công thức tính Re: a G4 Re (2) Với: a: diện tích bề mặt riêng của vật chêm, m 3 /m 2 ; a = 360 m 3 /m 2 k : Độ nhớt của dòng khí, kg/m.s; = 0,187 Ns/m 2 VD: 4.0,097 Re 0,00576 360.0,187 SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 6 Công thức tính f ck : Do Re < 50 => f ck = 140 Re (3) VD : f ck = 140/0,00576= 24305,56 Công thức tính f cư : f cư = .f ck (4) Với = ck cu P P VD: = ck cu P P = 5 5 2,02.10 2,06 0,98.10 => f cư = .f ck = 2,06.24305,56 = 50068,63 3. Bảng kết quả tính toán và đồ thị minh họa Kết quả tính toán cột khô G, kg/m 2 .s Log G ∆P ck /Z, N/m 2 / m log(∆P/Z), N/m 2 / m Re ck f ck 0,097 -1,013 0,61.10 5 4,79 0,0058 24305,56 0,194 -0,712 1,23. 10 5 5,09 0,0115 12145,36 0,293 -0,533 1,84. 10 5 5,26 0,0174 8041,64 0,39 -0,409 3,06. 10 5 5,49 0,0232 6041,54 0,487 -0,312 4,90. 10 5 5,69 0,0289 4838,19 0,584 -0,234 6,74. 10 5 5,83 0,0347 4034,59 Đồ thị log (∆P ck /Z) theo log G SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 7 Đồ thị f ck theo Re 3.2.Kết quả tính toán cột ướt: Sự liên hệ giữa độ giảm áp khô ∆P cư = .∆P ck với: STT SVTH: Đinh Tuấn Hoàng GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn 8 1 2.06 3.00 3.00 3.00 10.01 2 2.50 3.50 4.59 5.01 12.01 3 3.34 4.00 6.34 7.01 13.48 4 4.35 5.13 8.00 9.11 14.49 5 4.75 6.19 9.76 10.33 16.35 6 5.45 5.64 11.34 11.89 19.08 Kết quả tính toán f cư cho cột ướt L lỏng (l/s) 0.004 0.053 0.067 0.08 0.093 STT Re cư f cư 1 1.40 50068.63 72872.16 72872.16 72872.16 238291.98 2 2.81 30363.40 42508.76 55769.51 60788.77 285780.34 3 4.24 26832.81 32166.55 50957.73 56346.17 318609.71 4 5.64 26299.19 31009.12 48356.97 55014.99 428949.23 5 7.05 22993.76 29961.00 47209.41 49955.58 620111.20 6 8.45 21993.93 22767.95 45763.98 47951.41 830641.19 3.3. Kết quả tính toán log (∆P cư /Z) cho cột ướt: L lỏng (l/s) 0.004 0.053 0.067 0.08 0.093 STT log G log (∆P cư /Z) 1 -1,013 5,1 5,26 5,26 5,26 5,79 2 -0,712 5,49 5,63 5,75 5,79 6,17 3 -0,533 5,79 5,87 6,07 6,11 6,39 4 -0,409 6,12 6,2 6,39 6,45 6,65 5 -0,312 6,37 6,48 6,68 6,7 6,9 6 -0,234 6,57 6,58 6,88 6,9 7,11 Đồ thị log (∆P cư /Z) theo log G [...]... SVTH: Đinh Tuấn Hoàng BÀI SỐ 2:CHƯNG GIÁN ĐOẠN KHÔNG HOÀN LƯU I Mục đích thí nghiệm: Quá trình chưng cất gián đoạn không hoàn lưu nhằm khảo sát sự ảnh hưởng của các thông số sau: Hiệu suất tháp chưng khi tiến hành không hồi lưu Sự biến đổi nồng độ sản phẩm đỉnh theo thời gian chưng cất II Lý thuyết thí nghiệm: 1 Định nghĩa hoàn lưu Chưng là phương pháp dùng để tách các hỗn hợp chất lỏng, khí lỏng thành... đỉnh, C 4 Nguyên tắc và sơ đồ chưng gián đoạn không hoàn lưu Trong quá trình chưng đơn giản hơi nước được lấy ra ngay và cho ngưng tụ 13 GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn SVTH: Đinh Tuấn Hoàng 5 Mô hình chưng cất Hệ thống chưng cất 7 mâm xuyên lỗ 6 Tiến hành thí nghiệm 14 GVHD :Phạm Quỳnh Thái Sơn SVTH: Đinh Tuấn Hoàng Mở van W tháo hết sản phẩm đáy ở nồi đun và đo độ rượu bằng phù kế.Sau đó lấy cồn 960... đáy gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất ít có độ bay hơi lớn 2 Cân bằng vật chất Xét quá trình chưng gián đoạn, thành phần và lượng sản phẩm luôn thay đổi theo thời gian Lượng hỗn hợp đầu là kg, thành phần cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu là Tại một thời điểm bất kỳ lượng chất lỏng trong nồi chưng là với nồng độ là Khi bóc hơi một lượng vô cùng nhỏ dw thì nồng độ trong nồi sẽ giảm đi một lượng... tử trong hỗn hợp (cùng nhiệt độ, áp suất hơi của các cấu tử khác) Chưng thì dung môi và chất tan đều bay hơi, cô đặc thì chỉ có dung môi bay hơi còn chất tan không bay hơi Khi chưng trường hợp 2 cấu tử ta sẽ thu được sản phẩm đỉnh gồm các cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi bé, sản phẩm đáy gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất ít có độ bay hơi lớn 2 Cân bằng vật... thuyết II Lý thuyết thí nghiệm: 2.1 Sơ đồ nguyên lý làm việc máy sấy bằng không khí: Trong quá trình sấy nếu dùng tác nhân sấy là không khí thì gọi là sấy bằng không khí Khi sấy không khí nóng tiếp xúc với bề mặt vật liệu ẩm làm bốc hơi nước trong vật liệu ẩm tạo thành hỗn hợp không khí ẩm thoát ra ngoài Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy sấy bằng không khí được mô tả trên hình sau: Vật liệu ban đầu vẫn còn... N4.Mở bơm nhập liệu bơm rượu vào nồi đun cho đến khi mực lỏng trong ống chỉ mực tới vạch khoảng ½ nồi đun.Khi hỗn hợp dưới nồi đun dưới vạch trắng (1/3) nồi đun sẽ cháy điện trở nồi đun,luôn luôn phải chú ý mức chất lỏng trong nồi đun Mở công tắc gia nhiệt nồi đun, chờ nồi đun sôi.Khi hỗn hợp sôi ta mở van nước GN cho thiết bị ngưng tụ Dùng thì kế đo thời gian cứ 3 phút ta tiến hành đo nhiệt độ... định nồng độ sản phẩm đỉnh bằng cách mở van D để lấy mẫu sản phẩm vào ống đong và đo nồng độ bằng phù kế Khi sản phẩm thu được khoảng 200ml thì dừng thí nghiệm Ngừng máy Tắt gia nhiệt nồi đun Tháo sản phẩm đỉnh bình chứa cồn Tắt van nước GN cho thiết bị ngưng tụ qua sản phẩm đỉnh Ngắt công tắc điện vào hệ thống Ngắt cầu dao điện của hệ thống 7 Hệ thống chưng cất DVI 3000 và các bước tiến... độ giảm áp của tháp chưng cất ở giá trị thấp nhất 10mB trên bộ điều khiển PID Chuyển công tắc chia dòng hoàn lưu sang chế độ “Reflux” hồi lưu hoàn toàn Sau khi đạt trạng thái ổn định ( khoảng 30 đến 45 phút ) chuyển công tắc chia dòng hoàn lưu sang chế độ “Draw off” không hoàn lưu và thu sản phẩm đỉnh Đợi 15 phút đo thể tích và nồng độ sản phẩm thu được Cài đặt giá trị P ở mức bằng 12mB và đợi... sản phẩm thu được Cài đặt giá trị P ở mức bằng 12mB và đợi thêm khoảng 15 phút lấy mẫu đo Tương tự tiến hành thí nghiệm với các giá trị P khác nhau Lưu ý: trong số trường hợp mặc dù giá trị nhiệt độ dọc theo tháp chưng cất không thay đổi nhưng trạng thái ổn định có thể chưa đạt được bởi vì các giá trị thành phần của các pha thay đổi rất chậm.Vì vậy thời gian làm việc kéo dài hơn và để dễ dàng... -dW)( - ) Lượng cấu tử dễ bay hơi chuyển vào pha hơi là: Phương trình cân bằng vật liệu đối với cấu tử dễ bay hơi ở thời điểm đang xét: Lượng rất bé ta có thể bỏ qua được, đơn giản đi ta có: Phương trình cho toàn bộ quá trình là: _ _ _ F W D _ _ _ _ x F F xW W x D 3 Cân bằng năng lượng 3.1 Cân bằng nhiệt lượng toàn tháp QF +QK = QD +QW +Qm +Qng QK = QD + QW +Qm +Qng -QF QK: nhiệt lượng . THIẾT BỊ TIỂU LUẬN MÔN HỌC TRUYỀN KHỐI Đề tài: Chưng cất hỗn hợp etanol-nước bằng tháp mâm chóp GVHD: ThS. Cao Thanh Nhàn Nhóm:. Chưng là phương pháp dùng để tách các hỗn hợp chất lỏng, khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp
