Đang tải... (xem toàn văn)
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 lý thuyết, hiệu suất quá trình chưng cất và lượng nhiệt cần sử dụngPhương trình làm việc phần cất: Chỉ số hồi lưu: R= L_0PL0: lưu lượng dòng hoàn lưu.P: lưu lượng dòng sản phẩm đỉnh.Chỉ số hồi lưu thích hợp (R) được xác định thông qua chỉ số hồi lưu tối thiểu (Rmin) và được xác định theo phương trình sau: R=b.Rmin.Phương trình làm việc phần cất: y=R(R+1) x+x_P(R+1)k. Phương trình làm việc phần chưng: y=(R+f)(R+1) x+(f1)(R+1) x_Wf=FP: Tỉ lệ giữa lưu lượng hỗn hợp nhập liệu so với lưu lượng sản phẩm đỉnh.l. Cân bằng năng lượng:Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt nhập liệu: Qnl=F ̅.C_pF (t_Frt_Fv )+Q_(m_nl )Qnl: nhiệt lượng cần cung cấp để gia nhiệt nhập liệu, kW.F ̅:lưu lượng khối lượng hỗn hợp nhập liệu, kgs.t_Fv, t_Fr: nhiệt độ nhập liệu vào và ra khỏi thiết bị,℃.Q_(m_nl ): nhiệt mất mát ở thiết bị gia nhiệt nhập liệu,kW.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ:Quá trình ngưng không làm lạnh:Qng=P ̅.(R+1).r_P=G.C(t_rt_v )+Q_(m_ng )Quá trình ngưng có làm lạnh:Qng=P ̅.(R+1).r_P+P ̅.(R+1) C_Pp.(t_Spt_P )= G.C(t_rt_v )+Q_(m_ng )P ̅: lưu lượng khối lượng hỗn hợp sản phẩm đỉnh, kgs.rP:nhiệt hóa hơi của sản phẩm đỉnh, kJkg.C_Pp:nhiệt dung riêng hỗn hợp sản phẩm đỉnh, kJkg.℃.tv,tr: nhiệt độ vào và ra của nước, ℃.G: lưu lượng dòng giải nhiệt, kgs.C: nhiệt dungriêng của dòng giải nhiệt, Jkg.℃.tsp:nhiệt độ sôi hỗn hợp sản phẩm đỉnh, ℃.tP: nhiệt độ của sản phẩm đỉnh sa làm lạnh, kJkg.Q_(m_ng ): nhiệt mất mát ở thiết bị ngưng tụ.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh:Làm lạnh sản phẩm đỉnh:Qllp=P ̅.C_(P_P ).(t_Prt_Pv )=G_1.C_1.(t_1rt_1v )+Q_(m_llp )P ̅: lưu lượng khối lượng sản phẩm đỉnh,kgs.C_(P_P ):nhiệt dung riêng của dòng sản phẩm đỉnh,kJk.độ.t_Pv,t_Pr: nhiệt độ sản phẩm đỉnh vào và ra khỏi thiết bị,℃.G1:lưu lượng dòng giả nhiệt ở thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh, kgs.C1: nhiệt dung riêng dòng giải nhiệt ở thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh, Jkg.độ.t_1v,t_1r: nhiệt độ vào và ra của nước ở thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh,℃.Q_(m_llp ): nhiệt mất mát ở thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh, kW
BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HÀNH BÀI 10: CHƯNG CẤT Ngày thực hành: Họ tên: Nguyễn Thế Lực Mssv: 14044831 Lớp: ĐHHO10A Điềm Lời phê giáo viên I Mục đích: Khảo sát đánh giá ảnh hưởng thông số: số hồi lưu, nhiệt độ (trạng thái) vị trí mâm nhập liệu đến số mâm lý thuyết, hiệu suất trình chưng cất lượng nhiệt cần sử dụng Do thời gian hạn chế, thực hành khảo sát giá trị số hồi lưu mâm nhập liệu II Kết thí nghiệm: Kết giá trị Rmin=1,67 (từ buổi khảo sát mâm cùng) Chỉ số R 1.5Rmin 2Rmin 2.5Rmin TN R 2,505 VT mâm xF( 30 tFv( 30 tSF( 84 F(ml/h) 10000 P(ml) 63,5 xP( 94 t(SP)( 76,6 t/g thu sản 22 phẩm đỉnh (ph) tdlv( 29,7 tdlr( 30 III Xử lí kết quả: Cơng thức tính tốn: a Độ rượu: x (ml/h) 3,34 30 30 84 10000 64 94,5 76,4 21 4,18 30 30 84 10000 62 95 77 30 29,7 30 29,7 30 b.Nồng độ phần mol etanol dung dịch: c Nồng độ khối lượng: d.Số mol etanol (): (mol/h) e.Số mol nước dung dịch (): (mol/h) f Nồng độ khối lượng: g Lưu lượng mol: (netanol()+nnước( ( h Lưu lượng khối lượng: F(g) (= netanol().Metanol+nnước(.Mnước i Cân vật chất: F=P+W => W=F-P => Trong đó: F, P, W: suất lượng nhập liệu, sản phẩm đỉnh s ản phẩm đáy, kmol/h xF, xP, xW : Thành phần mol cấu tử dễ bay nhập liệu, sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy, mol/mol j Phương trình làm việc phần cất: Chỉ số hồi lưu: R= L0: lưu lượng dòng hồn lưu P: lưu lượng dòng sản phẩm đỉnh Chỉ số hồi lưu thích hợp (R) xác định thông qua s ố hồi l ưu tối thiểu (Rmin) xác định theo phương trình sau: R=b.Rmin Phương trình làm việc phần cất: y= k Phương trình làm việc phần chưng: y= f=: Tỉ lệ lưu lượng hỗn hợp nhập liệu so với lưu lượng sản ph ẩm đỉnh l Cân lượng: Cân nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt nhập liệu: Qnl= Qnl: nhiệt lượng cần cung cấp để gia nhiệt nhập liệu, kW :lưu lượng khối lượng hỗn hợp nhập liệu, kg/s ,: nhiệt độ nhập liệu vào khỏi thiết bị, : nhiệt mát thiết bị gia nhiệt nhập liệu,kW Cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ: Q trình ngưng khơng làm lạnh: Qng= Q trình ngưng có làm lạnh: Qng= : lưu lượng khối lượng hỗn hợp sản phẩm đỉnh, kg/s rP:nhiệt hóa sản phẩm đỉnh, kJ/kg :nhiệt dung riêng hỗn hợp sản phẩm đỉnh, kJ/kg tv,tr: nhiệt độ vào nước, G: lưu lượng dòng giải nhiệt, kg/s C: nhiệt dungriêng dòng giải nhiệt, J/kg tsp:nhiệt độ sôi hỗn hợp sản phẩm đỉnh, tP: nhiệt độ sản phẩm đỉnh sa làm lạnh, kJ/kg : nhiệt mát thiết bị ngưng tụ Cân nhiệt lượng thiết bị làm lạnh: Làm lạnh sản phẩm đỉnh: Qllp= : lưu lượng khối lượng sản phẩm đỉnh,kg/s :nhiệt dung riêng dòng sản phẩm đỉnh,kJ/k.độ : nhiệt độ sản phẩm đỉnh vào khỏi thiết bị, G1:lưu lượng dòng giả nhiệt thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh, kg/s C1: nhiệt dung riêng dòng giải nhiệt thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh, J/kg.độ : nhiệt độ vào nước thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh, : nhiệt mát thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh, kW Cân nhiệt toàn tháp: QF + QK + QL0 = QP + QW + Qm + Qng => QK = QP + QW + Qm+ Qng -QF - QL0 Trong : QK: Nhiệt lượng cung cấp cho nồi đun, kW Qm: Nhiệt lượng mát môi trường xung quanh thường lấy gần khoảng 5% đến 10% nhiệt lượng cung cấp, kW QF: Nhiệt lượng dòng nhập liệu mang vào , kW QF = CPF tF QP: Nhiệt lượng dòng sản phẩm đỉnh mang ra, kW QP = CPp tP QW: Nhiệt lượng dòng sản phẩm đáy mang ra, kW QW = CPW tW Qng: Nhiệt lượng trao đổi thiết bị ngưng tụ, kW Qng = rP Ql0 : Nhiệt lượng dòng hồn lưu mang vào, kW Ql0 = CPp tP R= L0 = P R (mol/h) = x L0 Metanol + (1 - x) L0 Mnước Kết xử lí: a Đối với nhập liệu: ( (mol/mol) (g/g) ( 30 3000 51,45 388,88 0,117 0,252 440,33 F(g) ( 9366,54 (mol/h) b Đối với dòng sản phẩm: R 2,505 ( 94 173,18 162,8 (mol/h) 2,8 0,577 (mol/mol) 0,83 (g/g) 0,925 ( 3,377 3,34 94,5 182,85 172,8 2,96 0,558 0,84 0,931 3,518 4,18 95 124 117,8 2,02 0,344 0,85 0,937 2,364 P(g) ( 139,186 146,204 99,112 W(g/h) 9227,354 9220,336 9267,428 W(mol/h) 436,953 436,812 437,966 (kg/kg) 0,242 0,241 0,244 0,1114 0,1111 0,113 0,289 0,288 0,292 () c Xác định số mâm lí thuyết: Phương trình làm việc phần cất: • Với R=1,5Rmin=2,505 y=0,714x+0,2368 • Với R=2Rmin=3,34 y=0,769x+0,1935 • Với R=2,5Rmin=4,18 y=0,807x+0,1640 Phương trình làm việc phần chưng: • Với R=1,5Rmin=2,505 f=130,4 y=37,918x-4,1127 • Với R=2Rmin=3,34 f=125,16 y=29,608x-3,1783 • Với R=2,5Rmin=4,18 f=186,26 y=36,7644x-4,0413 d Cân lượng: Cân nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt nhập liệu: Ở t=30: rượu 40 có =2982,5 J/kg.độ rượu 20 có = 3871,5 J/kg.độ Nội suy rượu 30 có có = 3427 J/kg.độ Ở t=84: rượu 30 có = 3900 J/kg.độ Nhiệt dung riêng trung bình (30-84):3663,5 J/kg.độ Qnl==1852,97kJ/h=0,514 kW (=0) Giá trị giống cho trường hợp Cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ: Quá trình ngưng có làm lạnh: Qng= R CPp CPw (kJ/kg.độ) (kJ/kg.độ) rP (kJ/kg) 2,505 2,6258 3,788 956,97 3,34 2,6156 3,789 948,26 4,18 2,6071 3,784 939,55 Cp = C1 + C2 (1 -) CP: Nhiệt dung riêng hỗn hợp (kJ/kg.độ) C1, C2 : Lần lượt nhiệt dung riêng etanol, nước (kJ/kg.độ) C1=2500 J/kg.độ C2=4200 J/kg.độ rP=r1 + (1-).r2 r1, r2: Lần lượt nhiệt hóa etanol, nước (J/kg) r1=848,075.103 J/kg r2= 2,3.106 J/kg Q R Qng (kW) 2,505 0,037 3,34 0,038 4,18 0,0258 Cân nhiệt lượng thiết bị làm lạnh: Làm lạnh sản phẩm đỉnh: Qllp= ( R CPp (kJ/kg.độ) 2,505 2,6258 CPw (kJ/kg.độ) 3,788 3,34 2,6156 3,789 4,18 2,6071 3,784 Cp = C1 + C2 (1 -) C1, C2 : Lần lượt nhiệt dung riêng etanol, nước (kJ/kg.độ) Ta có: R Qllp (kW) Qllw (kW) R 2,505 0,00473 0,541 3,34 0,00493 0,547 4,18 0,00337 0,562 Cân nhiệt toàn tháp: QF + QK + QL0 = QP + QW + Qm + Qng => QK = QP + QW + Qm+ Qng -QF - QL0 2,505 3,34 4,18 L0 (mol/h) 8,46 11,75 9,88 (g/s) 0,06862 0,09165 0,07860 QF (kW) QP (kW) QW (kW) Qng (kW) QL0 (kW) QK (kW) 2,505 0,2675 0,00304 0,8369 0,037 0,0138 0,627 3,34 0,2675 0,00318 0,8384 0,038 0,0183 0,625 4,18 0,2675 0,00215 0,8445 0,0258 0,0229 0,612 R Q III Đồ thị: Đồ thị đường nồng độ làm việc: a Trường hợp R=1,5Rmin => 14 mâm b Trường hợp R=2Rmin: => 15mâm c Trường hợp R=2,5Rmin: =>15 mâm Bàn luận: Nhận xét: Về biến đổi nồng độ sản phẩm theo số hồi lưu Ta thấy nồng độ sản phẩm đỉnh tỉ lệ thuận với số hồi lưu theo phương trình đường thẳng: R = 83,75xw - 67,008 => xw= Giá trị số hồi lưu tăng đường làm việc tiến lại gần đường R= Khi động lực q trình tăng lên, số mâm lại Về phụ thuộc nhiệt lượng nồi đun vào số hồi lưu: nhiệt lượng cần cung cấp cho trình tỉ lệ nghịch với số hồi lưu R lớn động lực trình tăng lượng cần thiết giảm ngược lai Về biến đổi nhiệt lượng thiết bị gia nhiệt: Nhiệt lượng khơng đổi nhiệt độ dòng nhập liệu, dòng có giá trị , lưu lượng khơng đổi cho ba giá trị tỉ số hồi lưu Nhận xét kết thí nghiệm: • Khi R tăng lưu lượng dòng sản phẩm đỉnh giảm Tuy nhiên giá trị lưu lượng P2(ml/h) R=2Rmin lại lớn P1 (ml/h) R=1,5Rmin (trong P3 hợp lí Và lưu lượng mol etanol sau : < Do thay đổi lưu lượng etanol khơng hợp lí nguyên nhân dẫn đến sai khác trình thay đổi lưu lượng P(ml/h) - Ngồi do: + Canh thời gian khơng + Khơng có thời gian đợi cho thiết bị ổn định + Thao tác khơng • Các thơng số lại hợp lí • Nhận thấy tùy thuộc vào u cầu mục đích mà lựa chọn thơng số cho thích hợp Để có nồng độ sản phẩm cao chọn tỉ số hồi lưu lớn ... phẩm đỉnh s ản phẩm đáy, kmol/h xF, xP, xW : Thành phần mol cấu tử dễ bay nhập liệu, sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy, mol/mol j Phương trình làm việc phần cất: Chỉ số hồi lưu: R= L0: lưu lượng dòng hồn... thiểu (Rmin) xác định theo phương trình sau: R=b.Rmin Phương trình làm việc phần cất: y= k Phương trình làm việc phần chưng: y= f=: Tỉ lệ lưu lượng hỗn hợp nhập liệu so với lưu lượng sản ph ẩm đỉnh... Phương trình làm việc phần cất: • Với R=1,5Rmin=2,505 y=0,714x+0,2368 • Với R=2Rmin=3,34 y=0,769x+0,1935 • Với R=2,5Rmin=4,18 y=0,807x+0,1640 Phương trình làm việc phần chưng: • Với R=1,5Rmin=2,505