Thí nghiệm môn Quá trình thiết bị - Chưng cất
Thí nghieäm Quaù trình - Thieát bò
Chöng caát
MUÏC LUÏC
1.1. Muïc ñích thí nghieäm............................................................................................2
1.3. Keát quaû thoâ..........................................................................................................2
2.2. Chöng caát heä 2 caáu töû..........................................................................................3
4. ÑOÀ THÒ.......................................................................................................................11
Trang 1
Thí nghieäm Quaù trình - Thieát bò
Chöng caát
1. TRÍCH YEÁU
1.1. Muïc ñích thí nghieäm
- Tieán haønh chöng caát thu ethanol töø hoãn hôïp ethanol - nöôùc ñeå khaûo saùt aûnh
höôûng cuûa löu löôïng hoaøn löu vaø vò trí maâm nhaäp lieäu, traïng thaùi nhieät ñoäng cuûa
nguyeân lieäu ñeán ñoä tinh khieát cuûa saûn phaåm ñænh vaø hieäu suaát cuûa thaùp chöng caát.
- Khaûo saùt caùc hieän töôïng xaûy ra trong thaùp chöng caát.
1.2. Phöông phaùp thí nghieäm
- Giöõ löu löôïng doøng nhaäp lieäu coá ñònh (ôû ñoä ñoïc 30) vaøo maâm coá ñònh (soá
4), thay ñoåi löu löôïng doøng hoaøn löu (ôû ñoä ñoïc 10,15, 20) ñeå xeùt aÛnh höôûng cuûa doøng
hoaøn löu.
- Giöõ nguyeân löu löôïng doøng nhaäp lieäu ôû ñoä ñoïc 30 vaø doøng hoaøn löu ôû ñoä
ñoïc 15, nhöng laàn löôït thay ñoåi hai vò trí nhaäp lieäu (maâm soá 2 vaø maâm soá 5) ñeå xeùt
aÛnh höôûng cuûa vò trí maâm nhaäp lieäu.
- Ñaùnh giaù keát quaû qua ñoä röôïu cuûa nguyeân lieäu vaø saûn phaåm ñænh (ño baèng
phuø keá), löu löôïng doøng saûn phaåm ñænh, nhieät ñoä nhaäp lieäu, nhieät ñoä saûn phaåm ñænh,
nhieät ñoä doøng hoaøn löu.
1.3. Keát quaû thoâ
Baûng 1
Löu löôïng (ñoä ñoïc)
Ñoä röôïu
Nhieät ñoä (oC)
Vò trí
maâm
nhaäp
lieäu
Ñænh
(D)
ml/phut
Hoaøn
Nhaäp
Hoaøn
TN
Nhaäp
lieäu (F)
Nhaäp
lieäu
Ñænh
(tD)
löu
(L0)
5
Ñænh
lieäu
(tF)
50
51.5
50
48
48
löu
(tL0)
38
38
41
38
38
4
4
4
2
5
30
30
30
30
30
91
18
18
18
18
18
40
45
61
46
47
44
44
42
42.5
42.5
1
2
3
4
5
68
42
66
70
10
15
10
10
- Nhaän xeùt keát quaû thoâ:
Keát quaû töông ñoái phuø hôïp vôùi lyù thuyeát:
-
-
Löu löôïng hoaøn löu caøng lôùn, saûn phaåm ñænh caøng tinh khieát
Vò trí maâm nhaäp lieäu caøng xa ñænh, saûn phaåm ñænh caøng tinh khieát.
Trang 2
Thí nghieäm Quaù trình - Thieát bò
Chöng caát
2. LYÙ THUYEÁT THÍ NGHIEÄM
2.1. Khaùi nieäm chöng vaø chöng caát
Chöng laø quaù trình taùch hoãn hôïp loûng thaønh caùc caáu töû rieâng bieät baèng caùch
ñun soâi hoãn hôïp, taùch hôi taïo thaønh ñeå ngöng tuï laïi.
Cô sôû cuûa quaù trình chöng laø döïa vaøo ñoä bay hôi khaùc nhau cuûa caùc caáu töû
trong hoãn hôïp: ôû cuøng moät nhieät ñoä thì caáu töû naøo coù aùp suaát hôi lôùn hôn seõ deã bay hôi
hôn, ôû cuøng moät aùp suaát thì caáu töû naøo coù nhieät ñoä soâi thaáp hôn seõ deã bay hôi hôn.
Chöng caát (chöng luyeän) laø chöng moät hoãn hôïp nhieàu laàn baèng caùch tieán
haønh laëp laïi quaù trình ñun soâi vaø ngöng tuï hoãn hôïp. Ñaây laø caùch phaân taùch trieät ñeå
nhaát vaø ñöôïc duøng phoå bieán nhaát trong coâng nghieäp hoùa hoïc.
2.2. Chöng caát heä 2 caáu töû
2.2.1. Caân baèng pha trong chöng caát 2 caáu töû A vaø B
Baäc töï do cuûa heä:
f= k - + n = 2 – 2 + 2 = 2
Goïi pA , pB : laàn löôït laø aùp suaát rieâng phaàn cuûa caáu töû A vaø B trong pha khí
Po , Po : laàn löôït laø aùp suaát hôi baõo hoøa cuûa A vaø B nguyeân chaát ôû cuøng
A
B
nhieät ñoä
pha khí
xA, yA, xB, yB : laàn löôït töông öùng laø phaàn mol cuûa A vaø B trong pha loøng vaø
Ñoái vôùi heä lyù töôûng, theo ñònh luaät Raoult, ta coù:
pA = Po xA ;
pB = Po xB = Po (1 - xA)
A
B
B
aùp suaát chung: p = pA + pB = Po xA + Po (1 - xA)
A
B
(1)
suy ra:
Po
A
xA
αxA
p
A
Po
p
Po
P Po
A
yA
A xA A
B
Po
A
Po
B
Po
A
xA (1 xA)Po
P
p
1 (α 1)xA
(2)
goïi laø ñoä bay hôi töông ñoái cuûa A ñoái vôùi B.
Po
Po
A
B
vôùi
Nhöng ñoái vôùi heä ethanol – nöôùc, do heä naøy laø heä coù sai leäch döông neân coù
aùp suaát toång lôùn hôn aùp suaát tính theo ñònh luaät Rauolt ( phöông trình 1). Vì vaäy khoâng
theå aùp duïng phöông trình 2 ñeå veõ ñoà thò caân baèng pha. Heä ethanol – nöôùc coù ñieåm
ñaúng phí, taïi ñoù nhieät ñoä soâi cuûa heä ñaït cöïc tieåu.
Soá lieäu caân baèng pha cuûa heä ethanol - nöôùc ôû aùp suaát thöôøng laáy theo thöïc
nghieäm nhö sau (x, y laø phaàn traêm mol cuûa caáu töû ethanol trong pha loûng vaø pha khí):
Baûng 2
x
0
5.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100
y
0
33.2 44.3 53.1 57.6 61.4 65.4 69.9 75.3 81.8 89.8 100
Trang 3
Thí nghieäm Quaù trình - Thieát bò
Chöng caát
t, oC
100 90.5 86.5 83.2 81.7 80.8 80.0 79.4 79.0 78.6 78.4 78.4
Ñieåm ñaúng phí x = y = 89.4 , t = 78.15oC
Töø ñoù ta thaáy ñöôïc, neáu aùp duïng chöng caát ñeå phaân rieâng hoãn hôïp naøy, noàng
ñoä röôïu cao nhaát chæ coù theå ñaït tôùi 89.4 % mol, töùc laø ñoä röôïu = 96.46 ñoä. Muoán thu
coàn tuyeät ñoái ta phaûi duøng kyõ thuaät khaùc.
2.2.2. Caùc phöông trình ñöôøng laøm vieäc trong thaùp chöng caát
- Phöông trình ñöôøng caát:
xD
R
y
x
(3)
(4)
R 1
R 1
Vôùi:
• R: tyû soá hoaøn löu ;
L0
R
(L0: doøng hoaøn löu; D: löôïng saûn phaåm ñænh)
D
• xD : noàng ñoä saûn phaåm ñænh
- Phöông trình ñöôøng chöng:
R f
R 1
1 f
R 1
y
x
xW
Vôùi:
• xW : noàng ñoä saûn phaåm ñaùy
• f: heä soá tieáp lieäu
F
f
( F: doøng nhaäp lieäu, D: doøng saûn phaåm ñænh)
D
• R : tyû soá hoaøn löu
- Phöông trình ñöôøng nhaäp lieäu:
xF
q
y
x
(5)
q 1
q 1
Vôùi:
• xF : noàng ñoä nhaäp lieäu
• q : tyû soá giöõa nhieät caàn thieát ñeå bieán moät mol nhaäp lieäu töø traïng thaùi
ñaàu thaønh hôi baõo hoøa vôùi aån nhieät hoùa hôi (hG - hL),
q ñöôïc tính theo coâng thöùc:
hG hF
hG hL
q
(6)
Trong ñoù:
hG, hL,hF : laø traïng thaùi nhieät cuûa doøng hôi,doøng loûng, doøng nhaäp lieäu
qua maâm nhaäp lieäu.
2.3. Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán quaù trình chöng caát
2.3.1. Traïng thaùi nhieät ñoäng cuûa nguyeân lieäu
Trang 4
Thí nghieäm Quaù trình - Thieát bò
Chöng caát
G,hG
y
L,hL
x
F,hF, xF
G’,hG’,
yG’
L’,hL’
xL’
Hình1 : Kí hieäu caùc doøng loûng, doøng hôi, doøng nhaäp lieäu taïi maâm nhaäp lieäu
Ñaïi löôïng q cho bieát löu löôïng loûng thay ñoåi theá naøo khi ñi töø ñoïan caát tôùi
ñoaïn chöng. Do ñöôøng nhaäp lieäu chöùa quyõ tích caùc ñieåm nhaäp lieäu(giao ñieåm ñöôøng
chöng vaø ñöôøng caát) neân q thay ñoåi seõ laøm thay ñoåi heä soá goùc cuûa phöông trình ñöôøng
nhaäp lieäu daãn ñeán thay ñoåi vò trí nhaäp lieäu.
Söï aûnh höôûng ñoù ñöôïc theå hieän trong baûng 3 vaø ñoà thò hình 1
Baûng 3
Heä soá goùc
ñöôøng nhaäp
Traïng thaùi
nhieät cuûa
nguyeân lieäu
lieäu
q
q
Pha loûng
Pha hôi
q 1
(1) Hoãn hôïp
t < tS
(2) Hoãn hôïp
soâi
q>1
L’ > L+F
G < G’
>1
<0
0
q = 1
L’ = L+F
L<L’<L+F
L’ = L
G = G’
t = tS
(3) Hoãn hôïp
loûng hôi
tS<t<tN
(4) Hoãn hôïp
hôi baõo hoøa t =
tN
(5) Hoãn hôïp
hôi quaù nhieät t
> tN
1>q>0
q = 0
q < 0
G’<G<G’+F
G =G’+F
G > G’+F
q
L’ < L
1>
>0
q 1
Trang 5
Thí nghieäm Quaù trình - Thieát bò
Chöng caát
y
1
2
3
4
5
F0
ñöôøng caân baèng
0
x
Hình: Ñoà thò mieâu taû aûnh höôûng cuûa traïng thaùi nhieät ñoäng doøng nhaäp lieäu
(moãi ñöôøng öùng vôùi töøng tröôøng hôïp nhaäp lieäu nhö treân baûng 3)
Nhaäp lieäu ôû traïng thaùi (2) laø toát nhaát vì khi ñoù thaùp laøm vieäc oån ñònh, suaát
löôïng mol pha hôi trong ñoaïn chöng vaø ñoaïn caát khoâng ñoåi, deã nhaäp lieäu vaø tính toaùn
ñôn giaûn.
2.3.2. Tyû soá hoaøn löu
Tyû soá hoaøn löu R aûnh höôûng ñeán vò trí hai ñöôøng noàng ñoä laøm vieäc daãn ñeán
aûnh höôûng soá ñóa lyù thuyeát vaø naêng suaát thaùp chöng caát.
Khi R , phöông trình ñöôøng chöng vaø ñöôøng caát tieán daàn ñeán truøng vôùi
ñöôøng y = x. Luùc ñoù, soá ñóa lyù thuyeát seõ giaûm veà giaù trò thaáp nhaát. Roõ raøng, khi soá ñóa
lyù thuyeát giaûm, soá ñóa thöïc seõ giaûm theo daãn ñeán chieàu cao thaùp giaûm, ta seõ tieát kieäm
ñöôïc vaät hj suaát thaùp chöng caát giaûm.
Khi R Rmin, ñöôøng chöng vaø ñöôøng caát aùp saùt ñöôøng caân baèng, soá ñóa lyù
thuyeát taêng daãn ñeán soá ñóa thöïc cuõng phaûi taêng ñeå ñaûm baûo noàng ñoä saûn phaåm nhö yù
muoán. Do ñoù chieàu cao thaùp, chi phí cheá taïo seõ taêng theo. Ñaëc bieät, khi R = Rmin,
ñoäng löïc quaù trình baèng 0 töùc khoâng coù söï truyeàn khoái xaûy ra.
Ñuùng ñaén nhaát neân löïa choïn R sao cho thuaän lôïi nhaát veà kinh teá – kyõ thuaät.
Theo kinh nghieäm R = 1.3 Rmin + 0.3
xD - yF*
Rmin
(7)
yF* xF
trong ñoù: yF* laø tung ñoä giao ñieåm ñöôøng nhaäp lieäu vôùi ñöôøng caân baèng
2.3.3. Ñoä bay hôi töông ñoái
Trang 6
Thí nghieäm Quaù trình - Thieát bò
Chöng caát
Po
Po
A
B
caøng lôùn, ñöôøng caân baèng caøng naèm xa ñöôøng y = x ñoäng löïc quaù trình
caøng lôùn. Do PoA vaø PoB phuï thuoäc nhieät ñoä neân taïi moãi nhieät ñoä ta coù giaù trò khaùc
nhau. Do ñoù, ñöôøng caân baèng trong chöng caát 2 caáu töû laø ñöôøng cong.
Trong tính toaùn, ta ít khi duøng vì tính toaùn phöùc taïp vaø heä khaûo saùt khoâng
phaûi lyù töôûng, ñeå coù ñoà thò ñöôøng caân baèng ta laøm thöïc nghieäm ño noàng ñoä caáu töû deã
bay hôi trong hai pha taïi nhöõng nhieät ñoä khaùc nhau. Töø ñoù laäp ñöôïc ñoà thò t – x,y vaø
ñoà thò y – x.
2.4. Caùc caùch ñaùnh giaù hieäu suaát quaù trình chöng caát.
Moâ hình soá maâm lyù thuyeát laø moät moâ hình toaùn ñôn giaûn nhaát ñeå ñaùnh giaù
hieäu suaát thaùp chöng caát, noù döïa treân caùc cô sôû sau:
(a) - Caân baèng giöõa hai pha.
(b) - Phuø hôïp vôùi caùc ñieàu kieän vaø ñoäng löïc hoïc löu chaát lyù töôûng treân maâm
sao cho ta coù ñöôïc moät maâm lyù thuyeát giöõa hai pha (hôi, loûng) vaø nhö vaäy noù phaûi
thoûa maõn caùc ñieàu kieän sau:
- Pha loûng phaûi ñöôïc hoøa troän hoaøn toaøn treân maâm
- Pha hôi khoâng loâi cuoán caùc gioït loûng töø maâm döôùi leân maâm treân vaø ñoàng thôøi
coù noàng ñoä ñoàng ñeàu ôû moïi vò trí treân moät tieát dieän cuûa doøng piston
- Treân töøng maâm luoân luoân coù söï caân baèng giöõa hai pha
Ñeå thieát laäp moâ hình, ta coù ñònh nghóa veà ñoä trao ñoåi ()
Ñoä trao ñoåi ñaïi löôïng toång quaùt ñaùnh giaù söï trao ñoåi giöõa caùc pha, noù ñaùnh
giaù söï khaùc nhau giöõa moät maâm thöïc vaø moät maâm lyù töôûng.
yr yv
xr xv
x *xv
η
hoaëc η
(8)
y*yv
x, y: noàng ñoä caáu töû caàn xeùt trong pha loûng vaø pha hôi
r,v: kí hieäu ñaàu vaøo, ñaàu ra
* : noàng ñoä ñaàu ra cuûa pha naøy caân baèng vôùi noàng ñoä ñaàu vaøo pha kia (hai
doøng pha ñi ngöôïc chieàu nhau)
- Trong tröôøng hôïp ñoä trao ñoåi ñaùnh giaù moät maâm, ngöôøi ta coøn goïi laø hieäu
suaát theo Murphee:
y - y
n + 1
y * - y
DB = EM =
(9)
n
n + 1
Vôùi:
• yn : noàng ñoä thöïc cuûa pha hôi rôøi maâm n
• y*n : noàng ñoä pha hôi caân baèng pha loûng rôøi oáng chaûy chuyeàn maâm
n
• yn+1: noàng ñoä thöïc cuûa pha hôi vaøo maâm n
Trang 7
Thí nghieäm Quaù trình - Thieát bò
Chöng caát
- Khi ñaùnh giaù cho toaøn boä thaùp, ngöôøi ta goïi laø hieäu suaát thaùp vaø ñöôïc ñònh
nghóa (khi xaùc ñònh soá maâm lyù thuyeát keå caû maâm ñaùy):
nLT
ηDT E0
(10)
nT
Vôùi:
• nLT : soá maâm lyù thuyeát
• nT : soá maâm thöïc
- Khi chæ khaûo saùt moät phaàn, moät vuøng treân maâm thì noù coù teân laø ñoä trao ñoåi
cuïc boä hay hieäu suaát maâm cuïc boä:
y'n y'n1
y'*n y'n1
ηLD Ec
(11)
Vôùi:
• y’n : noàng ñoä thöïc cuûa pha hôi rôøi vò trí cuï theå treân maâm n
• y’*n : noàng ñoä pha hôi caân baèng pha loûng cuøng vò trí treân maâm n
• y’n+1: noàng ñoä thöïc cuûa pha hôi vaøo maâm n taïi cuøng vò trí
Hieäu suaát maâm cuïc boä chæ coù khi ñöôøng kính maâm lôùn, doøng chaûy treân maâm
xuaát hieän vuøng xoaùy, vaø aûnh höôûng bôûi tieát dieän oáng chaûy chuyeàn. luùc ñoù, treân cuøng
moät maâm, noàng ñoä pha hôi vaø pha loûng taïi caùc vò trí khaùc nhau laø khaùc nhau.
Soá maâm thöïc laø soá maâm coù treân thieát bò sao cho caùc saûn phaåm ñænh vaø ñaùy
ñeàu ñaït noàng ñoä nhö mong muoán, töùc laø xD,xW lyù thuyeát vaø thöïc phaûi gioáng nhau.
Caùc caùch xaùc ñònh soá maâm lyù thuyeát:
-
Duøng giaûn ñoà H – xy: coù theå aùp duïng trong moïi tröôøng hôïp nhöng
caàn bieát soá lieäu veà traïng thaùi nhieät vaø thöïc hieän khaù phöùc taïp neân ít
duøng
-
Duøng giaûn ñoà xy : Deã thöïc hieän.
o Döïng giaûn ñoà xy
o Xaùc ñònh vò trí caùc ñieåm F(xF;yF), D(xD;yD), W(xW;yW)
o Veõ ñöôøng nhaäp lieäu, ñöôøng chöng, ñöôøng caát theo caùc
phöông trình ñöôøng laøm vieäc
o Xaùc ñònh soá baäc thang truyeàn khoái giöõa ñöôøng caân baèng vaø
ñöôøng laøm vieäc baét ñaàu töø W ñeán D
o nLT = soá baäc thang -1
-
Tính daàn töøng ñóa : tính toaùn nhieàu neân caàn söï trôï giuùp cuûa maùy tính
o
Döïa vaøo taát caû caùc thoâng soá coù ñöôïc, noäi suy caùc phöông
trình ñöôøng caân baèng, ñöôøng laøm vieäc
o Tính laàn löôït noàng ñoä ñaàu vaøo, ñaàu ra cuûa pha hôi vaø pha
loûng cuûa ñoaïn chöng vaø ñoaïn caát rieâng bieät ñeán khi naøo giaù
trò xD, xF ñaït ñöôïc giaù trò mong muoán
o Moãi laàn tính laëp laø moät maâm lyù thuyeát
Trang 8
Thí nghieäm Quaù trình - Thieát bò
Chöng caát
Ñeå tính hieäu suaát töøng maâm caàn phaûi ño taát caû caùc thoâng soá treân töøng maâm
vaø taïi töøng vò trí cuûa maâm. Ñaây laø coâng vieäc khaù khoù khaên vì vaäy caàn söû duïng caùc
thieát bò ño mang tính töï ñoäng vaø kyõ thuaät cao.
3. KEÁT QUAÛ THÍ NGHIEÄM
Baûng 1 : Soá lieäu thoâ
Löu löôïng (ñoä ñoïc)
Ñoä röôïu
Nhieät ñoä (oC)
Vò trí
maâm
nhaäp
lieäu
Ñænh
(D)
ml/phut
Hoaøn
Nhaäp
Hoaøn
TN
Nhaäp
lieäu (F)
Nhaäp
lieäu
Ñænh
(tD)
löu
(L0)
5
Ñænh
lieäu
(tF)
50
51.5
50
48
48
löu
(tL0)
38
38
41
38
38
4
4
4
2
5
30
30
30
30
30
91
18
18
18
18
18
40
45
61
46
47
44
44
42
42.5
42.5
1
2
3
4
5
68
42
66
70
10
15
10
10
tF trung bình = 49.50 C
Baûng 4 : Xöû lyù soá lieäu thoâ
Löu löôïng (ml/phuùt)
Phaân mol doøng
Ñænh Ñaùy (xW)
(xD)
Vò trí
maâm
nhaäp
lieäu
Nhaäp
lieäu
(F)
Ñænh
(D)
Hoaøn
löu
Nhaäp
lieäu
(xF)
TN
(L0)
(*)
(**)tw=100
4
4
4
2
5
91
68
42
66
70
28.2
56.4
84.6
56.4
56.4
0.0623
0.0622
0.0623
0.0624
0.0624
0.1685
0.1992
0.3226
0.2059
0.2126
-0.0613
-0.0298
-0.0237
-0.0294
-0.0436
1
2
3
4
5
169.2
169.2
169.2
169.2
169.2
0
0
0
0
0
(*) : Tính baèng phöông trình caân baèng vaät chaát F.xF = W.xW + D.xD
(**) : Xaùc ñònh theo nhieäït ñoä noài ñun vaø tra theo ñoà thò t – xy
xF trung bình = 0.0623
Baûng 5 : Keát quaû tính toaùn caùc thoâng soá
Vò trí Tæ soá
tF
HF
(J/kg)
HGF
(J/kg)
TN
q
q/(q-1)
maâm hoaøn (oC)
HLF
Trang 9
Thí nghieäm Quaù trình - Thieát bò
Chöng caát
nhaäp
lieäu
löu
(R)
(J/kg)
4
4
4
2
5
0.3111 50
0.8329 51.5 197768.323 2543266.985
2.0160 50
0.8573 48
0.8083 48
197768.323 2543266.985
1.07684058 14.014
1.07684058 14.014
1.07684058 14.014
1.07684058 14.014
1.07684058 14.014
1
2
3
4
5
365137.0863
365137.0863
365137.0863
365137.0863
365137.0863
197768.323 2543266.985
197768.33 2543266.985
197768.323 2543266.985
Baûng 6 : Phöông trình ñöôøng laøm vieäc vaø ñöôøng nhaäp lieäu
TN
1
Phöông trình ñöôøng nhaäp lieäu
y = 14.014x - 0.771
y = 14.014x - 0.770
y = 14.014x - 0.771
y = 14.014x - 0.772
y = 14.014x - 0.772
Phöông trình ñöôøng caát
y = 0.2373x + 0.1285
y = 0.4544x + 0.1087
y = 0.6684x + 0.1070
y = 0.4616x + 0.1109
y = 0.4470x + 0.1175
2
3
4
5
Baûng 7 : Keát quaû thí nghieäm
Tæ soá
hoaøn löu
(R)
Hieäu suaát maâm
Vò trí maâm
nhaäp lieäu
Soá maâm lyù
thuyeát
TN
xD
toång quaùt
E0
4
4
4
2
5
0.3111
0.8329
2.0160
0.8573
0.8083
0.1685
0.1992
0.3226
0.2059
0.2126
1
2
3
4
5
2
3
3
3
3
0.33
0.50
0.50
0.50
0.50
Trang 10
Thí nghieäm Quaù trình - Thieát bò
Chöng caát
Phöông trình ñöôøng nhaäp lieäu
Phöông trình ñöôøng caát
y = 0.2373x + 0.1285
y = 14.014x - 0.771
Toïa ñoä ñieåm:
D(0.1685 ; 0.1685)
F(0.0653;0.1441)
F0(0.0623;0.0623)
W(0.0 ; 0.0)
Soá maâm lyù thuyeát : nLT = 2
Ñoà thò xaùc ñònh soá maâm lyù thuyeát vôùi Lo=10
Trang 12
Thí nghieäm Quaù trình - Thieát bò
Chöng caát
Phöông trình ñöôøng nhaäp lieäu
Phöông trình ñöôøng caát
y = 0.4544x + 0.1087
y = 14.014x - 0.770
Toïa ñoä ñieåm:
D(0.1992; 0.1992)
F(0.0648 ; 0.1381)
F0(0.0622; 0.0622)
W(0.0 ; 0.0)
Soá maâm lyù thuyeát : nLT = 3
Ñoà thò xaùc ñònh soá maâm lyù thuyeát vôùi Lo=15
Trang 13
Thí nghieäm Quaù trình - Thieát bò
Chöng caát
Phöông trình ñöôøng nhaäp lieäu
Phöông trình ñöôøng caát
y = 0.6684x + 0.1070
y = 14.014x - 0.771
Toïa ñoä ñieåm:
D(0.3226 ; 0.3226)
F(0.0658 ; 0.1511)
F0(0.0623; 0.0623)
W(0.0 ; 0.0)
Soá maâm lyù thuyeát : nLT = 3
Ñoà thò xaùc ñònh soá maâm lyù thuyeát vôùi maâm nhaäp lieäu soá 2
Trang 14
Thí nghieäm Quaù trình - Thieát bò
Chöng caát
Phöông trình ñöôøng nhaäp lieäu
Phöông trình ñöôøng caát
y = 0.4616x + 0.1109
y = 14.014x - 0.772
Toïa ñoä ñieåm:
D(0.2059; 0.2059)
F(0.0651 ; 0.1403)
F0(0.0624 ; 0.0624)
W(0.0 ; 0.0)
Soá maâm lyù thuyeát : nLT = 3
Ñoà thò xaùc ñònh soá maâm lyù thuyeát vôùi maâm nhaäp lieäu soá 5
Trang 15
Thí nghieäm Quaù trình - Thieát bò
Chöng caát
Phöông trình ñöôøng nhaäp lieäu
Phöông trình ñöôøng caát
y = 0.4470x + 0.1175
y = 14.014x - 0.772
Toïa ñoä ñieåm:
D(0.2126 ; 0.2126)
F(0.0656 ; 0.1473)
F0(0.0624; 0.0624)
W(0.0 ; 0.0)
Soá maâm lyù thuyeát : nLT = 3
5. LYÙ THUYEÁT THÍ NGHIEÄM
5.1. AÛnh höôûng cuûa doøng hoaøn löu treân ñoä tinh khieát cuûa saûn phaåm, treân
hieäu suaát maâm vaø hieäu suaát toång quaùt cuûa coät
5.1.1. AÛnh höôûng cuûa doøng hoaøn löu treân ñoä tinh khieát cuûa saûn phaåm
Qua thí nghieäm 1, 2 vaø 3 ta thaáy roõ raøng raèng khi löu löông doøng hoaøn löu
taêng leân thì ñoä tinh khieát cuûa saûn phaåm cuõng taêng.
Ñieàu naøy coù theå ñöôïc giaûi thích döïa treân cô sôû nhieät. Vôùi moät löôïng nhieät
cung caáp khoâng ñoåi, suaát löôïng mol doøng hôi G0 khoâng ñoåi.
Ta coù G0 = L0 + D. Khi löu löôïng doøng hoaøn löu taêng cuõng coù nghóa laø giaûm
löu löôïng saûn phaåm ñænh. Xeùt cho toaøn boä thaùp, löôïng nhieät caáp vaøo ôû noài ñun coù chöùc
naêng laøm taùch pha hoãn hôïp. Ñoä phaân rieâng seõ tæ leä thuaän vôùi löôïng nhieät cung caáp
rieâng - tính treân 1mol saûn phaåm ñænh.
Vì vaäy, khi D giaûm, töùc nhieät cung caáp rieâng taêng seõ laøm taêng ñoä phaân rieâng,
töùc laøm taêng ñoä tinh khieát cuûa saûn phaåm (keå caû saûn phaåm ñænh vaø saûn phaåm ñaùy).
5.1.2.AÛnh höôûng cuûa doøng hoaøn löu treân hieäu suaát
Qua thí nghieäm, ta cuõng thaáy ñöôïc khi taêng löu löông doøng hoaøn löu, hieäu
suaát quaù trình cuõng taêng. Hieäu suaát taêng töùc laø heä thoáng laøm vieäc caøng gaàn vôùi lyù
thuyeát.
Tuy nhieân, phaûi nhìn nhaän moät ñieàu laø hieäu suaát maâm toång quaùt khoâng cho
pheùp ñaùnh giaù ñöôïc möùc ñoä kinh teá cuûa thieát bò. Muïc ñích cuûa chuùng ta laø saûn xuaát ra
saûn phaåm coù ñoä tinh khieát mong muoán. Khi taêng doøng hoaøn löu, hieäu suaát maâm taêng,
töùc laø soá maâm thöïc caàn thieát seõ giaûm, do ñoù giaûm ñöôïc chi phí ban ñaàu ñeå cheá taïo
thieát bò. Tuy nhieân, Khi taêng doøng hoaøn löu, nhö ñaõ noùi ôû treân, cung caáp rieâng taêng.
Muoán thu ñöôïc löôïng saûn phaåm mong muoán phaûi toán theâm chi phí nhieät. Chi phí naøy
ñoâi khi chieám tæ leä raát lôùn trong toång chi phí cuûa quaù trình.
Trong thöïc teá saûn xuaát, ngöôøi ta phaûi tính toaùn doøng hoaøn löu thích hôïp, sao
cho toång chi phí ñeå taïo ra saûn phaåm mong muoán laø thaáp nhaát.
5.1.3 AÛnh höôûng cuûa vò trí maâm nhaäp lieäu treân ñoä tinh khieát cuûa saûn phaåm vaø
hieäu suaát maâm
Trang 16
Thí nghieäm Quaù trình - Thieát bò
Chöng caát
Trong quaù trình chöng caát, doøng loûng cuõng nhö doøng hôi seõ thay ñoåi noàng ñoä
khi ñi qua moãi maâm (baäc thay ñoåi noàng ñoä). Tuy nhieân, söï thay ñoåi naøy khoâng gioáng
nhau ôû moïi maâm maø coøn phuï thuoäc vaøo khaû naêng trao ñôûi trong maâm ñoù.Roõ raøng laø
khi cho nhaäp lieäu ôû caùc maâm gaàn ñaùy thì soá baäc trao ñoåi taêng , laøm cho ñoä tinh khieát
cuûa saûn phaåm ñænh taêng theo; khi cho nhaäp lieäu ôû caùc maâm gaàn ñænh thì keát quaû seõ
ngöôïc laïi.Tuy nhieân, khi cho vò trí maâm nhaäp lieäu khoâng gioáng vôùi vò trí tính ñöôïc
theo lyù thuyeát thì khaû naêng trao ñoái cuûa caùc maâm seõ giaûm (duø soá maâm lyù thuyeát khi
ñoù coù taêng), cho neân vieäc ñaït ñöôïc ñoä tinh khieát cao hôn laø khoâng chaéc chaén.
Qua thí nghieäm, ta thaáy vò trí maâm nhaäp lieäu aûnh höôûng khoâng nhieàu ñeán
hieäu suaát maâm. Vieäc aûnh höôûng cuûa vò trí maâm nhaäp lieäu leân hieäu suaát maâm khoâng
theå keát luaän ñöôïc döïa treân vò trí cao hay thaáp cuûa noù maø phaûi döïa vaøo söï sai leäch cuûa
noù so vôùi vò trí lyù thuyeát: caøng gaàn vò trí naøy thì hieäu suaát cuûa maâm caøng cao.
5.2. CaÙc hieän töôïng vaø quaù trình dieãn ra trong thaùp khi hoaït ñoäng oån ñònh
Treân moãi maâm ñeàu saûy ra hieän töôïng soâi cuûa hoãn hôïp nhieät ñoä soâi cuûa hoãn
hôïp ôû moãi maâm laø khaùc nhau vaø giaûm daàn ñeán maâm cuoái cuøng
Heä thoáng hoaït ñoäng oån ñònh töùc laø :
✓ Caùc ñieän trôû gia nhieät caùc doøng hoaït ñoäng ñuùng coâng suaát nhaèm ñaûm
baûo vieäc cung caáp nhieät cho caùc doøng
✓ Caùc löu löôïng keá ño caùc doøng phaûi oån ñònh
- Nhieät keá treân caùc maâm chæ giaù trò khaùc nhau, caøng leân cao nhieät ñoä caøng
giaûm.
5.3.Caùc nguyeân nhaân daãn ñeán sai soá vaø caùch khaéc phuïc.
-
Trong quaù trình thí nghieäm
✓ Caùc van khoâng môû heát neân löu löôïng khoâng oån ñònh
✓ Vieân bi luoân troài suït neân phaûi luoân theo doõi löu löôïng keá
✓ Ño ñoä röôu baèng phuø keá khoâng chính xaùc do ngöôøi ñoïc
✓ Sai soá do ño löu löôïng ( baám ñoàng hoà khoâng chính xaùc, löu löôïng
khoâng oån ñònh)
✓ Khoâng ñoïc caùc giaù trò ño cuøng luùc
- Trong quaù trình tính toaùn : Laøm troøn soá lieäu, tra baûng, chuyeån ñoåi ñôn vò
ño, veõ ñoà thò khoâng chính xaùc
- Haïn cheá vaø khaéc phuïc :
✓ Thí nghieäm phaûi caån thaän, thao taùc cuûa caùc thaønh vieân phaûi phoái hôp
nhòp nhaøng
ñònh
✓ Luoân chænh löu löôïng doøng nhaäp lieäu vaø hoaøn löu ôû ñuùng giaù trò ñaõ
✓ Ño caùc giaù trò cuøng luùc
Trang 17
Thí nghieäm Quaù trình - Thieát bò
Chöng caát
6. PHUÏ LUÏC
Vieäc tính toaùn cho soá lieäu cuûa caû 5 thí nghieäm laø töông töï nhö nhau.
Caùc soá lieäu tra baûng:
Röôïu ethanol:
• Khoái löôïng rieâng: r = 0.772 g/ml
• Khoái löôïng phaân töû : Mr = 46 g/mol
• Nhieät dung rieâng (trong khoaûng 40 – 80 oC) : Cr = 119.6 J/mol.K
• Aån nhieät hoùa hôi ôû 86,5oC rr = 39741 j/mol
Nöôùc:
• Khoái löôïng rieâng (trong khoaûng 40 – 80 oC) : n = 0.992 g/ml
• Khoái löôïng phaân töû : Mn = 18 g/mol
• Nhieät dung rieâng (trong khoaûng 40 – 80 oC) : Cn = 75.24 J/mol.K
• Aån nhieät hoùa hôi ôû 86,5oC rn = 41200 j/mol
Ta caàn tính laàn löôït caùc thoâng soá sau:
• Ñoåi töø ñoä chæ phuø keá thaønh phaân mol xD , xF
do ruou r
Mr
x
(12)
do ruou r (100 - do ruou) n
Mr
Mn
• Ñoåi löu löôïng sang mol/phuùt
do ruou r (100 - do ruou) n
Q(ml / phut)
Q(mol / phut)
(
)
100
Mr
Mn
(13)
• Noàng ñoä saûn phaåm ñaùy.
xF .F xD .D
xW
F D
• Nhieät dung rieâng trung bình cuûa hoãn hôïp C2H5OH - H2O (Chh)
C x.C (1x)C
hh
R
N
CN
CR
: Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc. (Kcal/Kmol.oC)
: Nhieät dung rieâng cuûa röôïu. (Kcal/Kmol.oC)
• AÅn nhieät hoaù hôi trung bình cuûa hoãn hôïp C2H5OH - H2O
(Kcal/Kmol)
r x.r (1x)r
hh
R
N
rhh, rR, rN : aån nhieät hoaù hôi cuûa hoãn hôïp, röôïu nguyeân chaát, nöôùc ôû
nhieät ñoä t ñang xeùt
Trang 18
Thí nghieäm Quaù trình - Thieát bò
Chöng caát
• Tính CF, CLF, CGF , HF, HLF, HGF
CF CLF Cr xF Cn (1 xF )
CGF Cr yF Cn (1 yF )
HF CF tF
(14)
(15)
(16)
(17)
HLF CF tsF
tsF : nhieât ñoä soâi hoãn hôïp
HGF CF tsF rr yF rn (1 xF )
(18)
• Tính tyû soá hoaøn löu R , q
• Tìm ra heä soá goùc ñöôøng caát baèng R /(R +1) , vaø thöøa soá töï do trong
phöông trình cuûa noù baèng xD / (R +1)
• Tìm ra ñöôïc heä soá goùc ñöôøng nhaäp lieäu baèng q/(q-1) , vaø thöøa soá töï
do
baèng
xF/(q-1)
• Veõ ñoà thò ñeå tính soá maâm lyù thuyeát, töø ñoù suy ra hieäu suaát toång quaùt cuûa
thaùp: E0 = nLT / nT
• Caùc baûng tra
SAÛN PHAÅM ÑAÙY
Nhieät ñoä
ρr (kg/m3)
ρn (kg/m3)
100
100
100
716.20
716.20
716.20
960.60
960.60
960.60
100
100
716.20
716.20
960.60
960.60
SAÛN PHAÅM ÑÆNH
Nhieät ñoä
ρr (kg/m3)
769.23
ρn (kg/m3)
990.06
ρtb (kg/m3)
901.73
44
44
42
769.23
990.06
890.69
771.01
990.76
856.71
42.5
42.5
770.57
770.57
990.59
990.59
889.38
887.18
Trang 19
Thí nghieäm Quaù trình - Thieát bò
Chöng caát
NHAÄP LIEÄU
ρn (kg/m3)
987.80
Nhieät ñoä
ρr (kg/m3)
ρtb (kg/m3)
50
763.85
947.49
51.5
762.49
987.20
946.75
50
48
48
763.85
765.65
765.65
987.80
988.58
988.58
947.49
948.45
948.45
HOAØN LÖU
ρn (kg/m3)
992.096
Nhieät ñoä
ρr (kg/m3)
774.542
ρtb (kg/m3)
905.33
38
38
774.542
992.096
894.46
41
38
38
771.896
774.542
774.542
991.103
992.096
992.096
857.43
892.22
890.04
NHIEÄT DUNG RIEÂNG
Xaùc ñònh ôû nhieät ñoä soâi doøng nhaäp lieäu
tF sôi tb = 89
tra theo xFtb = 0.0623
tFtb = 49.5
2823.997
4186
tF sôi tb = 89
3333.60
Cetylic J/kg.K
Cnöôùc J/kg.K
CF
4227.86
3995.320
4102.664
AÅN NHIEÄT HOAÙ HÔI
retylic J/kg.K
874135.62
tF sôi tb = 89
tF sôi tb = 89
rnöôùc J/kg.K
2390408.04
2178129.90
rF J/kg.K
Trang 20
Tải về để xem bản đầy đủ
23 trang
17560
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Thí nghiệm môn Quá trình thiết bị - Chưng cất", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- thi_nghiem_mon_qua_trinh_thiet_bi_chung_cat.doc
chung cat-Thuc Di.xls
