Phúc trình thí nghiệm quá trình và thiết bị phanquangthoai@yahoo- upload Trang 17 MỤC LỤC 1. MỤC ðÍCH 2 2. PHÚC TRÌNH 2 2.1. Kết quả ño ñược 3 2.2. Tính toán 3 2.2.1. Lượng sản phẩm ñỉnh và ñáy thu ñược 3 2.2.2. Tính tỉ số hoàn lưu cục bộ rồi suy ra tỉ số hoàn lưu toàn phần 5 2.2.3. Vẽ sơ ñồ xác ñịnh số mâm lý thuyết 6 2.2.4. Tính hiệu suất tổng quát của tháp 7 3. NHẬN XÉT 7 3.1. Nhận xét của Bùi Rạng ðông 8 3.1.1. Hệ ñẳng phí là gì ? ðặc ñiểm của hệ ñó? Cách khắc phục? 8 3.1.2. Ý nghĩa của việc hoàn lưu? Vì sao tỉ số hoàn lưu càng lớn thì nồng ñộ sản phẩm ñỉnh càng cao? Có thể bỏ qua hoàn lưu ñược không? Vì sao? 9 3.1.3. Phù kế 9 3.2. Nhận xét của Võ Phương Ghil 11 3.2.1. Giữa chưng cất gián ñoạn và chưng cất liên tục có gì giống và khác 11 3.2.2. Tháp chưng cất 11 3.2.3. Nhận xét về ưu khuyết ñiểm của từng loại tháp 12 3.3. Nhận xét của Ngô Chí Tiềm 13 3.3.1. Thiết bị ngưng tụ 13 3.3.2. Hệ thống chưng cất chân không 13 3.3.3. Hiệu suất của quá trình 14 3.4. Nhận xét của Nguyễn Trung Tín 15 3.4.1. Sự lôi cuốn của chất lỏng 15 3.4.2. Hiệu suất 15 3.4.3. Phương pháp chưng cất 15 3.5. Nhận xét của Nguyễn Lê Huyền Trân 16 Phúc trình thí nghiệm quá trình và thiết bị phanquangthoai@yahoo- upload Trang 17 3.5.1. Tại sao thiết bị gia nhiệt J1 lại ñặt ở ngoài nồi ñun C1 mà không ñặt trong C1? 16 3.5.2. Tại sao phải làm lạnh hai lần ở hệ thống ngưng tụ dạng xoắn E1 và thiết bị E2? 16 3.5.3. Tại sao ở giửa tháp có một van xả? Công dụng của van xả ñó là gì? 16 4. TÀI LIỆU THAM KHẢO 17 Phúc trình thí nghiệm quá trình và thiết bị phanquangthoai@yahoo- upload Trang 17 CHƯNG CẤT GIÁN ðOẠN 1. MỤC ðÍCH Khảo sát quá trình phân riêng hỗn hợp hai cấu tử bằng phương pháp chưng cất. Sự ảnh hưởng của tỉ số hoàn lưu dến hiệu suất chưng cất. 2. PHÚC TRÌNH 2.1. Kết quả ño ñược Bảng 2.1.1: Kết quả Nhập liệu Sản phẩm ñáy Sản phẩm ñỉnh Nhiệt ñộ 29ºC Nhiệt ñộ 33ºC Nhiệt ñộ 31.5ºC R = 1 ðộ rượu 43 ðộ rượu 42 ðộ rượu 95 Bảng 2.1.2: Thiết bị ngưng tụ Nhiệt ñộ nước vào: 29.5ºC Nhiệt ñộ nước ra: 30.4ºC Lưu lượng nước: 100 L/h 2.2. Tính toán Bảng 2.2.1: Chuyển ñổi ñộ rượu về 15 ºC Nhập liệu Sản phẩm ñáy Sản phẩm ñỉnh ðộ rượu trên phù kế 43.0 42.0 95.0 ðộ rượu về 15 ºC 37.1 34.4 88.4 Phần trăm thể tích (%V) 37.1 34.4 88.4 2.2.1. Lượng sản phẩm ñỉnh và ñáy thu ñược Chọn căn bản tính là 1h Gọi: F là lượng nhập liệu ban ñầu (mol) D là lượng sản phẩm ñỉnh (mol) Phúc trình thí nghiệm quá trình và thiết bị phanquangthoai@yahoo- upload Trang 17 W là lượng sản phẩm ñáy (mol) Cân bằng vật chất cho toàn hệ thống: F = D + W (1) Cân bằng vật chất cho cấu tử dễ bay hơi: F.x F = D.x D + W.x W (2) Ta có ñộ rượu a ra phần mol x:       − + = a a1 M M ρ ρ 1 1 x N R R N Ở 15ºC ρ N = 999.68 kg/m 3 ; ρ R = 793.25 kg/m 3 Suy ra: 0.155 0.371 0.3711 18 46 793.25 999.68 1 1 x F =       − ×+ = 0.703 0.884 0.8841 18 46 793.25 999.68 1 1 x D =       − ×+ = 0.14 0.344 0.3441 18 46 793.25 999.68 1 1 x W =       − ×+ = Phân tử lượng trung bình hỗn hợp: M hh = (1 - 0.155)×18 + 0.703×46 = 47.55 ñv.C Phần khối lượng: 0.067 0.155)(1 18 46 0.155 0.155 )x(1 M M x x x R N R R R R = −+ = −+ = Khối lượng riêng của hỗn hợp: Phúc trình thí nghiệm quá trình và thiết bị phanquangthoai@yahoo- upload Trang 17 )x(1ρρx ρρ ρ RRNR NR hh −+ × = 3 hh kg/m 982.55 0.067)793.25(1999.680.067 793.25999.68 ρ = −+× × =⇔ Suy ra khối lượng hỗn hợp: m hh = ρ hh .V hh = 982.55×0.005 = 4.913 kg Với V hh = 5 L Số mol của hỗn hợp: mol 103.321000 47.55 4.913 M m n hh hh hh =×== Từ (1) & (2) ta có hệ phương trình:    = = ⇒    ×=+ =+ mol 100.567W mol 2.753D 0.155103.320.14W0.703D 103.32WD Vậy số mol sản phẩm ñỉnh thu ñược là 2.753 mol và số mol sản phẩm ñáy thu ñược là 100.567 mol. 2.2.2. Tính tỉ số hoàn lưu cục bộ rồi suy ra tỉ số hoàn lưu toàn phần Tỉ số hoàn lưu cục bộ ñược tính theo công thức: NDRD i i ).D.rx(1.D.rx Q R −+ = (*) Trong ñó: Q i = Q R - Q C Q R = 483 W (nhiệt cung cấp cho nồi ñun) Q C = F.C.t F = 100 L/h (lượng nước qua thiết bị ngưng tụ) Dựa vào bảng thông số vật lý của nước trên ñường bão hòa, Bảng tra cứu cơ sở nhiệt công nghiệp nội suy ta có: C = 4.174 (kJ/kg.ñộ) Phúc trình thí nghiệm quá trình và thiết bị phanquangthoai@yahoo- upload Trang 17 Khối lượng riêng của nước ở C29.95 2 30.429.5 t o = + = là ρ N = 995.61 kg/m 3 Ta có: ( ) W103.89C0.9 Ckg. J 4174 m kg 995.61 s m 3600 10100 Q o o3 33 C =×         ×       ×         × = Khi ñó Q i = Q R - Q C = 483 - 103.89 = 379.11 W = 1364.78 kJ/h Tra bảng nhiệt hóa hơi của một số chất thông dụng, sách tra cứu - Phan Văn Thơm. Ở nhiệt ñộ TI 1 = 84.8ºC ta có: r R = 903.208 kJ/kg r N = 2295.50 kJ/kg Tính D (kg): Ta có: m D = n.M hh = 2.753[0.703×46 + (1 - 0.703)×18] = 103.74 g/h = 0.10374 kg/h (Chọn căn bản tính là 1h) Từ (*) ta ñược tỉ số hoàn lưu cục bộ: 9.99 2295.50.103740.703)(1903.2080.103740.703 1364.78 R i = ××−+×× = Suy ra tỉ số hoàn lưu tổng: R T = R + R i = 0.5 + 9.99 = 10.49 2.2.3. Vẽ sơ ñồ xác ñịnh số mâm lý thuyết Vẽ ñồ thị x,y Từ số liệu cân bằng pha của rượu etylic - nước vẽ ñường cân bằng x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 y 0 33.2 44.2 53.1 57.6 61.4 65.4 69.9 75.3 81.8 89.8 100 Phương trình ñường làm việc của ñoạn luyện (ñoạn cất) D TT T x 1R 1 x 1R R y + + + = Tỉ số hoàn lưu tổng R T = 10.49 0.0610.913x0.703 1 10.49 1 x 1 10.49 10.49 y +=× + + + = ⇒ ðồ thị ñường làm việc của ñoạn cất ñi qua ñiểm: Phúc trình thí nghiệm quá trình và thiết bị phanquangthoai@yahoo- upload Trang 17 x = 0 => y = 0.061 x = x D => y = x = x D = 0.703 Vẽ số mâm lí thuyết bắt ñầu từ ñiểm x = y = 0.703 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 Hình 2.2.1: Sơ ñồ xác ñịnh số mâm lý thuyết Từ (Hình 2.2.1) suy ra số mâm lý thuyết là 2 2.2.4. Tính hiệu suất tổng quát của tháp 28.57%100 7 2 E 0 =×= x W x D y x Phúc trình thí nghiệm quá trình và thiết bị phanquangthoai@yahoo- upload Trang 17 3. NHẬN XÉT 3.1. Nhận xét của Bùi Rạng ðông 3.1.1. Hệ ñẳng phí là gì ? ðặc ñiểm của hệ ñó? Cách khắc phục? Hệ ñẳng phí là hệ gồm các cấu tử có nhiệt ñộ sôi gần bằng nhau. ðặc ñiểm của hệ ñẳng phí: Tại ñiểm ñẳng phí, pha lỏng và pha hơi có cùng một thành phần cấu tử, do ñó nếu ñun sôi hỗn hợp ñẳng phí thì pha hơi sau khi ngưng tụ sẽ có thành phần giống như pha lỏng ban ñầu. Không thể phân riêng hoàn toàn các cấu tử này bằng phương pháp chưng cất thông thường. Khắc phục: Thêm vào hỗn hợp ñẳng phí một cấu tử thứ ba Ví dụ: ðiểm ñẳng phí của hỗn hợp etanol – nước là ở nồng ñộ 96% etanol và 4% nước. ðể phá vỡ ñiểm sôi hỗn hợp nhằm thực hiện việc chưng cất thì một lượng nhỏ benzen có thể thêm vào. Benzen tạo ra ñiểm sôi hỗn hợp cấp ba với nước và etanol nhằm loại bỏ etanol ra khỏi nước, và ñiểm sôi hỗn hợp cấp hai với etanol loại bỏ phần lớn benzen. Etanol ñược tạo ra không chứa nước. Dùng chất hút ẩm cho vào hệ ñể hút bớt nước (nếu chưng cất hệ có nước) do ñó sau khi chưng sản phẩm ñỉnh thu ñược sẽ có nồng ñộ cao hơn. Kết hợp phương pháp chưng cất với phương pháp hấp phụ rây phân tử bằng zeolit 3A ñể giữ các phân tử nước có kích thước nhỏ trong các mao quản zeolit ñi qua. Sau ñó gia nhiệt ñể ñuổi nước trong mao quản zeolit bay ra. Chưng cất ở áp suất chân không: khi thay ñổi áp suất thì nhiệt ñộ sôi của các cấu tử sẽ thay ñổi theo những hướng khác nhau. Lúc ñó ñiểm ñẳng phí sẽ không còn nữa. Nhưng nếu chưng cất chân không thì rất ñắc tiền, dẫn ñến chi phí cao. Phúc trình thí nghiệm quá trình và thiết bị phanquangthoai@yahoo- upload Trang 17 3.1.2. Ý nghĩa của việc hoàn lưu? Vì sao tỉ số hoàn lưu càng lớn thì nồng ñộ sản phẩm ñỉnh càng cao? Có thể bỏ qua hoàn lưu ñược không? Vì sao? Ý nghĩa của việc hoàn lưu: Hoàn lưu giúp tăng nồng ñộ sản phẩm ñỉnh, tránh hiện tượng khô mâm. Tỉ số hoàn lưu càng lớn thì lượng hổn hợp lỏng sản phẩm ñỉnh ñược ñưa về càng cao. Hơi từ tháp chưng cất ñi lên thiết bị ngưng tụ tiếp xúc với lượng lỏng hoàn lưu này. Trong hơi chứa 2 thành phần: phần lớn cấu tử etanol và một phần nhỏ hơi nước. Dòng hoàn lưu cũng chứa 2 thành phần: etanol và nước ở dạng lỏng. Do sự tiếp xúc giữa pha hơi và pha lỏng, cấu tử etanol trong hơi sẽ lôi kéo một lượng etanol trong dung dịch hoàn lưu, ñồng thời hơi nước trong pha hơi sẽ ñược giữ lại một phần trong dung dịch hoàn lưu. Lượng hơi sau khi tiếp xúc với dung dịch hoàn lưu sẽ có nồng ñộ cấu tử etanol cao hơn, ñồng thời giảm nồng ñộ cấu tử nước. Do ñó khi ñược ngưng tụ, nồng ñộ sản phẩm ñỉnh càng tăng lên. Quá trình tiếp tục, sản phẩm ñỉnh này sẽ ñược hoàn lưu lại, tương ứng sẽ có nồng ñộ cấu tử etanol cao hơn dòng hoàn lưu ban ñầu. Cứ thế sự tiếp xúc pha hơi và pha lỏng kèm sự lôi cuốn cấu tử có ñộ bay hơi cao diễn ra liên tục, nồng ñộ sản phẩm ñỉnh thu ñược càng cao. Với ý nghĩa của việc hoàn lưu như trên nên nếu bỏ qua hoàn lưu thì nồng ñộ sản ñỉnh sẽ không cao, hiệu suất chưng cất sẻ thấp. 3.1.3. Phù kế ðịnh nghĩa: Phù kế là một dụng cụ ño lường ñể xác ñịnh khối lượng riêng của một chất lỏng. Nó thường ñược làm bằng thủy tinh có hình trụ và một ñầu có quả bóng chứa thủy ngân hay kim loại nặng ñể giữ nó nằm thẳng ñứng. Cách ño: Chất lỏng (rượu) ñược rót vào ống ñong, và phù kế ñược thả nhẹ vào trong ống cho ñến khi nó nổi lơ lửng. Vị trí mà bề mặt chất lỏng tiếp xúc với phù kế ñược ñánh dấu và ñược so sánh trên thang ño bằng dải vạch ñặt nằm Phúc trình thí nghiệm quá trình và thiết bị phanquangthoai@yahoo- upload Trang 17 trong phù kế. Khối lượng riêng của chất lỏng ñược ñọc trực tiếp trên thang ño ñó cũng là ñộ rượu. Nguyên lý: Nguyên tắc hoạt ñộng của phù kế dựa vào lực ñẩy Ácsimét. Phù kế nổi cân bằng khi trọng lực của nó bị cân bằng bởi trọng lượng của thể tích chất lỏng bị nó chiếm chỗ. Nếu khối lượng riêng chất lỏng càng nhẹ, thể tích chiếm càng lớn và phù kế càng chìm sâu. Trong các chất lỏng nhẹ như dầu hỏa, xăng và cồn, phù kế chìm sâu hơn các chất lỏng nặng như sữa, axít. [...]...Phúc trình thí nghi m quá trình và thi t b 3.2 Nh n xét c a Võ Phương Ghil 3.2.1 Gi a chưng c t gián ño n và chưng c t liên t c có gì gi ng và khác ð u là quá trình phân riêng h n h p l ng cũng như h n h p l ng - khí thành các c u t riêng bi t d a vào ñ bay hơi khác nhau c a các c u t trong h n h p Chưng c t gián ño n là chưng c t theo t ng m Gia nhi t cho m t h n h p g m hai ch t A và B ñ n khi dung... mu n tăng n ng ñ c a c n ph i dùng ñ n các phương pháp tinh c t ñ c bi t khác Có th s d ng các lo i tháp chưng c t sau: Tháp chưng c t dùng mâm xuyên l ho c mâm ñĩa lư i Tháp chưng c t dùng mâm chóp phanquangthoai@yahoo- upload Trang 17 Phúc trình thí nghi m quá trình và thi t b Tháp ñ m (tháp chưng c t dùng v t chêm) 3.2.3 Nh n xét v ưu khuy t ñi m c a t ng lo i tháp Tháp mâm xuyên l Ưu ñi m: ch t... pháp chưng c t Chưng c t là phương pháp ph bi n nh t dùng ñ tách h n h p các c u t d bay hơi có tính ch t hòa tan m t ph n ho c hòa tan hoàn toàn v i nhau Trong trư ng h p các c u t c a h n h p d b phân h y có nhi t ñ sôi quá cao chưng c t ñư c th c hi n h n h p không hóa l ng nhi t ñ cao ho c h n h p áp su t th p N u các c u t c a áp su t thư ng, chưng c t ñư c th c hi n áp su t cao Quá trình chưng. .. trong quá trình chưng c t và thành ph n B s ngày càng tăng lên trong dung d ch Chưng c t liên t c H n h p ch t l ng s liên t c ñư c cho vào quá trình và vi c tách ch t ñư c liên t c th c hi n theo th i gian Quá trình này luôn t n t i thành ph n còn l i dư i ñáy và nó ch a các thành ph n khó bay hơi nh t trong dung d ch Có m t ñi u khác bi t ñ c trưng gi a chưng c t liên t c so v i chưng c t theo m... p ta chưng c t h g m nhi u c u t có nhi t ñ sôi khác xa nhau Vì ta không th nào bi t chính xác nhi t ñ nào là t i ưu cho vi c chưng c t c u t c n phân tách, và vì trong h có nhi u c u t nên r t khó ki m soát Ta dùng van này ñ l y m u hoàn lưu ñ ki m tra sau ñó ñi u ch nh nhi t ñ thích h p Ngoài ra ta còn có th ki m tra khi nào k t thúc quá trình chưng c t c u t th nh t và ñi u khi n nhi t ñ ñ chưng. .. n ng ñ dung d ch luôn không ñ i theo th i gian 3.2.2 Tháp chưng c t Chưng c t là quá trình dùng nhi t ñ tách m t h n h p l ng ra thành các c u t riêng bi t d a vào ñ bay hơi khác nhau c a các c u t trong h n h p cùng m t nhi t ño Trong nhi u trư ng h p có m t t l nh t ñ nh c a h n h p hai ch t l ng mà không th ti p t c tách b ng phương pháp chưng c t ñư c n a Các h n h p này ñư c g i là h n h p ñ ng... hoàn lưu, t i thi t b ñi u khi n dòng hoàn lưu EV1 có h th ng làm l nh ph 3.3.2 H th ng chưng c t chân không H th ng g m V9, P1 và S1 nh m ph c v cho quá trình chưng c t chân không m t s trư ng h p các c u t t o thành h n h p ñ ng phí hay h n h p có nhi t ñ sôi khá cao ðây cũng là h th ng d n dòng l ng ñi ra l t phanquangthoai@yahoo- upload Trang 17 ñ nh tháp khi x y ra hi n tư ng ng p Phúc trình thí... kém n ñ nh do s phân b các pha theo ti t di n tháp không ñ u, s d ng tháp chêm không cho phép ta ki m soát quá trình chưng c t theo không gian tháp trong khi ñó tháp mâm thì quá trình th hi n qua t ng mâm m t cách rõ ràng, tháp chêm khó ch t o ñư c kích thư c l n qui mô công nghi p phanquangthoai@yahoo- upload Trang 17 Phúc trình thí nghi m quá trình và thi t b 3.3 Nh n xét c a Ngô Chí Ti m 3.3.1 Thi... ng hơi cũng tăng thì d gây ra hi n tư ng ng p l t Vì v y, c n ch n m t giá tr thích h p cho lư ng nhi t cung c p phanquangthoai@yahoo- upload Trang 17 Phúc trình thí nghi m quá trình và thi t b 3.4 Nh n xét c a Nguy n Trung Tín 3.4.1 S lôi cu n c a ch t l ng Trong quá trình thi t b chưng c t v n hành, quan sát k ta th y bên trong tháp có hi n tư ng ch t l ng b pha hơi lôi cu n t mâm dư i lên mâm trên... nhi t ñ ñ chưng c t c u t ti p theo phanquangthoai@yahoo- upload Trang 17 Phúc trình thí nghi m quá trình và thi t b 4 TÀI LI U THAM KH O [1] ð Văn ðài và t p th tác gi , “Cơ s Quá trình và thi t b CNHH t p 1&2”, NXB ð i h c và THCN, Hà N i 1975 [2] Vũ Bá Minh - Võ Văn Bang, “Quá trình & Thi t b CNHH và Th c ph m t p 3”, NXB ðH Qu c gia TP H Chí Minh, năm 1999 phanquangthoai@yahoo- upload Trang 17 . trình thí nghiệm quá trình và thiết bị phanquangthoai@ yahoo- upload Trang 17 3.2. Nhận xét của Võ Phương Ghil 3.2.1. Giữa chưng cất gián ñoạn và chưng cất liên tục có gì giống và khác. Tháp chưng cất dùng mâm xuyên lỗ hoặc mâm ñĩa lưới  Tháp chưng cất dùng mâm chóp Phúc trình thí nghiệm quá trình và thiết bị phanquangthoai@ yahoo- upload Trang 17  Tháp ñệm (tháp chưng. một ñiều khác biệt ñặc trưng giữa chưng cất liên tục so với chưng cất theo mẻ là nồng ñộ dung dịch luôn không ñổi theo thời gian. 3.2.2. Tháp chưng cất Chưng cất là quá trình dùng nhiệt ñể tách