Thí nghiệm quá trình thiết bị chương 2

Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Chưng cất
Phần I
TRÍCH YẾU
I.Nội dung, mục đích thí nghiệm:
 Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng dòng hoàn lưu, vò trí mâm nhập liệu đến
độ tinh khiết của sản phẩm và hiệu suất của tháp chưng cất
 Lựa chọn thông số lưu lượng dòng hoàn lưu và vò trí mâm nhập liệu tối ưu
cho tháp chưng cất
II.Cách tiến hành:
 Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng dòng hoàn lưu:
- Trong quá trình khảo sát lưu lượng dòng hoàn lưu, thì vò trí mâm nhập liệu
không đổi là ở mâm 4, lưu lượng dòng nhập liệu không đổi (ở độ đọc 30)
- Sau đó tiến hành đo các các thí nghiêm với lưu lượng dòng hoàn lưu thay
đổi lần lượt ở các mức đọc 5, 10, 15 (3 thí nghiệm)
- Đo các thông số : lưu lượng sản phẩm đỉnh (ml/phút), độ rượu của dòng
nhập liệu, dòng sản phẩm đỉnh, nhiệt độ của dòng nhập liệu (t
F
), đỉnh (t
D
), hoàn lưu (t
Lo
)
trong mỗi thí nghiệm (riêng lưu lượng và độ rượu của dòng nhập liệu có thể đo chỉ 1
lần cho tất cả thí nghiệm)
 Khảo sát ảnh hưởng của vò trí mâm nhập liệu:
- Khi khảo sát ảnh hưởng của vò trí mâm nhập liệu thì lưu lượng dòng nhập
liệu vẫn không đổi và lưu lượng dòng hoàn lưu cũng giữ không đổi (ở độ đọc 10).
- Thực hiện các thí nghiệm với vò trí mâm nhập liệu ở mâm thứ 2 và mâm
thứ 5
- Các bước đo số liệu được tiến hành như khi khảo sát dòng hoàn lưu.
Trang 1

Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Chưng cất
I.1. Kết quả thí nghiệm:
T
N
Vò
trí
mâm
Lưu lượng dòng
(độ dọc)
Độ chỉ của phù
kế
(độ rượu)
Nhiệt độ đo
(
o
C)
Nhập
liệu
(Độ đọc)
(F)
Đỉnh
(ml/phút)
(D)
Hoàn
lưu
(Độ
đọc)
(Lo)
Nhập
liệu

Đỉnh
Nhập
liệu
(t
F
)
Đỉnh
(t
D
)
Hoàn
lưu
(t
LO
)
1 4 30 72.5 5 58 89 60 40 75
2 4 30 61 10 58 91 60 41 76
3 4 30 40 15 58 92 61 41 68
4 2 30 50 10 58 93 60 40 72
5 5 30 48.5 10 58 88 59 40 70
Nhận xét kết quả thí nghiệm:khi thay đổi mâm nhập liệu thì sản phẩm đỉnh và
sản phẩm đáy thay đổi theo, mỗi một chế độ làm việc của thiết bò sẽ có một vò trí nhập
liệu tối ưu, nếu nhập liệu trên hoặc dưới vò trí đó,nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong sản
phẩm đỉnh giảm, hiệu suất làm việc sẽ giảm. đây tìm sự ảnh hưởng của lưu lượng dòng
hoàn lưu từ đó chọn một lưu lượng tối ưu, lưu lượng quyết đònh chỉ số dòng hoàn lưu, quyết
đònh kích thước, chiều cao của thiết bò, giá thành thiết bò. Ngoài ra quyết đònh năng lượng
vận hành (lượng nhiệt cung cấp, lượng nhiệt bơm, ngưng tụ) quyết đònh chi phí sản xuất.
 Lưu lượng dòng nhập liệu, lưu lượng dòng hoàn lưu, lưu lượng dòng sản
phẩm đáy có thể tính được theo công thức:
Lưu lượng dòng (ml/phút) = độ đọc x 5,64

 Phần mol C
2
H
5
OH ( x) của dòng nhập liệu, dòng sản phẩm đỉnh:
n
n
r
r
r
r
M
rượộ
M
rượộ
M
rượộ
x
)( −
+
=
100
ρρ
ρ
x
r
: nồng độ phần mol của rượu
r
ρ
: khối lượng riêng của rượu

n
ρ
: khối lượng riêng của nước
Độ rượu : phần trăm thể tích của rượu trong dung dòch
M
r
, M
n
: khối lượng phân tử của rượu và nước
Trang 2
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Chưng cất
 Dựa vào phương trình bảo toàn vật chất ta có thể xác đònh được các thông số
khác như : x
w
, tỉ số hoàn lưu, q, H
F
, H
GL,
H
LF
ứng với từng thí nghiệm
 Viết phương trình đường nhập liệu, phương trình đường cất
 Vẽ đường nhập liệu, đường cất, từ đó xác đònh đường chưng
 Qua đồ thò xác đònh được số mâm lí thuyết
 Tính hiệu suất mâm tổng quát và so sánh với các thí nghiệm
Phần II:
LÍ THUYẾT THÍ NGHIỆM:
I.Mô hình mâm lý thuyết là mô hình toán đơn giản dựa trên các cơ sở :
 Cân bằng giữa pha lỏng – hơi cho hỗn hợp 2 cấu tử.
 Điều kiện động lực học lưu chất lý tưởng trên mâm cho 2 pha lỏng – hơi :

 Pha lỏng phải hoà trộn hoàn toàn trên mâm (nồng độ đồng nhất)
 Pha hơi không lôi cuốn các giọt lỏng từ mâm dưới lên mâm trên và đồng
thời có nồng độ đồng nhất tại mọi vò trí trên tiết diện mâm
 Trên mỗi mâm luôn đạt sự cân bằng giữa hai pha
II.Hiệu suất:
Để chuyển từ số mâm lý thuyết sang số mâm thực ta cần phải biết hiệu suất mâm.
Có 3 loại hiệu suất mâm thường dùng là :
 Hiệu suất mâm tổng quát, liên quan đến toàn tháp.
 Hiệu suất mâm Murphree, liên quan đến một mâm.
 Hiệu suất cục bộ, liên quan đến một vò trí cụ thể trên mâm.
a) Hiệu suất mâm tổng quát (E
0
):
Được đònh nghóa :
E =
0
S o á m a âm l í t h u y e át
S o á b a äc t h a n g - 1
S o á m a âm t h ư ïc
=
S o á m a âm t h ư ïc
Đơn giản khi sử dụng nhưng kém chính xác nhất
Với nồi đun được xem là tương đương với một mâm lý thuyết.
b) Hiệu suất mâm Murphree (E
M
)
1
*
1
+

+
−
−
=
nn
nn
M
yy
yy
E
Trong đó :
y
n
: Nồng độ thực của pha hơi rời mâm thứ n
y
n+1
: Nồng độ thực của pha hơi vào mâm thứ n (từ dưới lên)
y
*
n
: Nồng độ pha hơi cân bằng với pha lỏng rời ống chảy chuyền mâm thứ n
Hiệu suất mâm Murphree do đó là tỉ số giữa sự biến đổi nồng độ pha hơi qua một
mâm với sự biến đổi nồng độ cực đại có thể đạt được khi pha hơi rời mâm cân bằng với
pha lỏng rời mâm thứ n. Nói chung với một mâm có đường kính lớn, pha lỏng rời mâm
Trang 3
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Chưng cất
với nồng độ không bằng với nồng độ trung bình pha lỏng trên mâm, do đó có khái niệm
hiệu suất cục bộ.
c) Hiệu suất cục bộ (E
C

).
1
''
1
''
+
+
−
−
=
n
en
nn
M
yy
yy
E
Trong đó
y
’
n
: Nồng độ rời khỏi vò trí cụ thể trên mâm n
y
’
n+1
: Nồng độ pha hơi vào mâm n tại cùng vò trí
y
’
en
: Nồng độ pha hơi cân bằng pha lỏng tại cùng vò trí

∗
Mối liên hệ giữa hiệu suất mâm Murphree và hiệu suất tổng quát
Hiệu suất tổng quát của tháp không bằng với hiệu suất trung bình của từng mâm.
Mối liên hệ giữa hai hiệu suất này tùy thuộc vào độ dốc tương đối của đường cân bằng
và đường làm việc.
Tuy nhiên, khi phân tích hoạt động của tháp hay một phần của tháp thực tế, trong
đó, ta xác đònh được sự biến thiên nồng độ qua một hoặc vài mâm ở các vò trí khác
nhau sẽ xác đònh giá trò chính xác của E
m
và E
m
có thể lấy bằng E
0
( E
m
= E
0
)
III.Phương trình đường nhập liệu và phần cất
a) Dòng nhập liệu :
Phương trình đường làm việc cho dòng nhập liệu là:
y = x - x
F
Trong đó:
LFGF
FGF
HH
HH
q
−

−
=
, H
G
là enthalpy mol của pha hơi, H
L
là enthalpy mol của pha lỏng, H
F
là
enthalpy mol của dòng nhập liệu: là tỉ số giữa nhiệt cần thiết để biến đổi 1 mol nhập liệu
từ trang thái ban đầu ra thành hơi bão hòa với ẩn nhiệt bốc hơi mol (H
G
-H
L
).
Nhập liệu vào tháp có thể ở trạng thái nhiệt bất kì từ lỏng dưới điểm sôi đến hơi quá nhiệt
và tương ứng với mỗi trạng thái nhiệt là có một giá trò q. Giá trò cho từng những trường
hợp tiêu biểu được cho trong bảng sau:
Bảng trạng thái của nhập liệu:
Điều kiện
nhập liệu
G
F
Mol/s
L
F
Mol/s
H
GF
Mol/s

H
LF
Mol/s
H
F
Mol/s
LG
FG
HH
HH
q
−
−
=
1−q
q
Lỏng dưới
điểm sôi
0 F H
F
< H
L
> 1.0 > 1
Lỏng bão
hòa
0 F H
F
= H
L
1.0 0<

1−q
q
<1
Hỗn hợp
lỏng và hơi
G
F
L
F
H
G
H
L
H
L
<H
F
<H
G
0 < q < 1.0 < 0
Trang 4
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Chưng cất
cân bằng
Hơi bão
hoà
F 0 H
F
H
G
0 0

Hơi quá
nhiệt
F 0 H
F
H
F
> H
G
< 0 0<
1−q
q
<1
b) Phần cất :
Phương trình đường làm việc cho phần cất là:
11
1
+
+
+
=
+
R
x
x
R
R
y
D
nn
Trong đó :

R : Tỉ số hoàn lưu ( R=L
0
/D)
x
D
: Nồng độ phần mol của sản phẩm đỉnh
c) Phần chưng:
wm
m
x
R
f
x
R
fR
y
1
1
1
1
+
−
+
+
+
=
+
Trong đó :
f = F/D : tỉ số nhập liệu
x

w
: nồng độ phần mol của sản phẩm đáy
Trong thực tế khi ta xác đònh số mâm lý thuyết không cần phải tìm cả ba phương
trình. Chỉ cần biết hai trong ba phương trình, dựa vào đồ thò xác đònh số mâm lý thuyết.
Phần III:
DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
I.Dụng cụ và nguyên liệu thí nghiệm:
I.1. Thiết bò -Dụng cụ:
_ Hệ thống tháp chưng cất gồm 5 mâm thực, loại mâm xuyên lỗ;
_ Các đồng hồ đo nhiệt độ các dòng nhập liệu; hoàn lưu; sản phẩm đỉnh; nồi
đun và tại các mâm;
_ Hai lưu lượng kế đo dòng nhập liệu và hoàn lưu;
_ 1 phù kế đo độ rượu;
_ 2 ống khắc vạch (ống đong nhỏ và lớn); ống lớn để chứa và ống nhỏ để đo
lưu lượng sản phẩm đỉnh.
I.2.Nguyên liệu:
Hỗn hợp rượu etanol – nước được pha sẵn có nồng độ nhất đònh với thể tích khoảng 60 lít.
II.Sơ đồ hệ thống thí nghiệm chưng cất:
Trang 5
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Chưng cất
GHI CHÚ:
1. Mâm xuyên lỗ 10. Bơm sản phẩm đáy
2. Bộ phận ngưng hơi 11. Điện trở nồi đun (2,5kW)
3. Nước nguội 12. Nồi đun
4. Van giảm áp 13. Lưu lượng kế đo dòng nhập liệu
5. Bình chứa sản phẩm đỉnh 14. Lưu lượng kế đo dòng hoàn lưu
6. Bình chứa nguyên liệu 15. Điện trở đun nóng dòng nhập liệu
7. Ống đong 16. Điện trở đun nóng dòng hoàn lưu
8. Bơm hoàn lưu 17. Cửa nhập liệu nồi đun.
9. Bơm nhập liệu

1Nội dung thí nghiệm:
Trang 6
10
W3
1
17
L2
8
W2 W1
9
F3
11
12
13
F5
14
6
F2
F1
7
D1
L1
D2
16
15
F4
5
4
N1
3

2
Sơ đồ hệ thống thí nghiệm chưng cất
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Chưng cất
1.1 .Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng dòng hoàn lưu: (3 chế độ thí nghiệm)
_ Điều chỉnh lưu lượng dòng nhập liệu ở độ đọc 30 và nhập liệu ở một mâm
cố đònh (mâm số 4); vò trí mâm được tính từ dưới lên và trên miệng nồi đun
không có mâm.
_ Thí nghiệm với 3 chế độ khác nhau của dòng hoàn lưu ở độ đọc: 5, 10, 15.
1.2 .Khảo sát ảnh hưởng của vò trí mâm nhập liệu: (2 chế độ thí nghiệm)
_ Thay đổi hai vò trí mới của dòng nhập liệu vào mâm số 5 và số 2. Lưu lượng
dòng nhập liệu vẫn được giữ nguyên ở độ đọc 30 và dòng hoàn lưu ở độ đọc
10.
Tổng cộng có 5 chế độ thí nghiệm.
2.Phương pháp thí nghiệm:
2.1. Quan sát hệ thống:
_ Trước khi tiến hành thí nghiệm phải quan sát hệ thống và đối chiếu với sơ đồ
hình vẽ trong giáo trình.
_ Các thiết bò: bình chứa nguyên liệu, bơm nhập liệu, bơm hoàn lưu, nồi đun,
bình chứa sản phẩm đỉnh,.
_ Hệ thống van, đường ống dẫn: nhập liệu, hoàn lưu, tháo sản phẩm đáy, van by
pass.
_ Hệ thống điệ, cầu dao điện vào hệ thống, các công tắc điều khiển.
_ Các dụng cụ đo: đồng hồ đo nhiệt độ, lưu lượng kế.
2.2.Khởi động:
—Kiểm tra nguyên liệu
—Đưa điện vào hệ thống.
—Đo độ rượu.
2.3.Khởi động dòng hơi
• Nhập liệu vào nồi đun: trước hết phải khóa các van xả sản phẩm đáy và
van hút của bơm sản phẩm đáy, nối đầu ống nhập liệu vào nồi đun, bật

công tắc feed pump đồng thời mở hết van by pass, theo dõi mực chất lỏng
bên hông nồi đun đến vạch đỏ là được, tắt bơm nhập liệu khoá van by pass.
• Gia nhiệt cho nồi đun: Bật nút Boiler , mở van cấp nước ngưng tụ (van N1),
mở van chảy tràn (van D1)để thông hơi .Đóng van hoàn lưu(van L1) và van
xả sản phẩm đỉnh (van D2)
2.4. Nhập liệu vô mâm
• Khi thấy có pha hơi bốc lên và lỏng ngưng tụ thành giọt trên các mâm thì
nối đầu ống nhập liệu vào mâm số 4, mở bơm nhập liệu(nút Feed pump)và
bật công tắc gia nhiệt dòng nhập liệu(nút Feed preheat).
• Chỉnh lưu lượng kế ở độ đọc 30.
Trang 7
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Chưng cất
2.5. Khởi động dòng hoàn lưu
• Mở van hoàn lưu (van L1)
• Mở bơm hoàn lưu (nút reflux pump).
• Chỉnh lưu lượng dòng hoàn lưu độ đọc 5,10,15 tuỳ theo chế độ mà ta làm thí
nghiệm
• Gia nhiệt dòng hoàn lưu ( nút reflux preheat)
• Đợi hệ thống hoạt động ổn đònh
2.6. Chuyển đổi các chế độ khảo sát
• Khi muốn chuyển đổi giữa các chế độ khảo sát ta phải đảm bảo sản phẩm
đỉnh thuộc hoàn toàn chế độ khảo sát .
• Sau khi chỉnh lưu lượng dòng hoàn lưu, ta đợi cho mực chất lỏng trong bình
sản phẩm đỉnh dâng lên khoảng nửa ống đựng sản phẩm đỉnh thì tháo ra hết
• Sau đó tiếp tục đo các số liệu như lần thí nghiệm trước.
2.7. Các số liệu cần đo và phương pháp đo
• Độ rượu nguyên liệu và sản phẩm đỉnh: đo bằng phù kế.
• Lưu lượng dòng nhập liệu và dòng hoàn lưu: đo bằng lưu lượng kế.
• Lưu lượng sản phẩm đỉnh được đo bằng phương pháp cổ điển: đo thể tích
dòng sản phẩm đỉnh chảy được trong một đơn vò thời gian (30’)

• Nhiệt độ các dòng: nhập liệu (t
F
), hoàn lưu (t
Lo
), sản phẩm đỉnh (t
D
),
2.8.Tiến hành các chế độ thí nghiệm:
2.8.1.Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng dòng hoàn lưu:
— Khi khảo sát lưu lượng dòng hoàn lưu, thì vò trí mâm nhập liệu là không đổi
(mâm số 4); lưu lượng dòng nhập liệu không đổi (ở độ đọc 30) và chỉ có lưu
lượng của dòng hoàn lưu thay đổi ở các giá trò cần khảo sát.
— Đo số liệu trong một chế độ thí nghiệm:
 Các thông số cần đo: lưu lượng của sản phẩm đỉnh, nhiệt độ các dòng:
nhập liệu, hoàn lưu, sản phẩm đỉnh (dòng hơi và dòng lỏng ngưng tụ), độ
rượu của dòng nhập liệu (chỉ đo một lần vì hỗn hợp nhập liệu có nồng độ
không đổi trong quá trình thí nghiệm) và độ rượu sản phẩm đỉnh.
 Nguyên tắc đo: Hệ thống phải hoạt động ổn đònh và các thông số trên
phải tiến hành đo cùng một lúc.
 Cách đo:
• Lưu lượng sản phẩm đỉnh: dòng sản phẩm đỉnh không có lưu lượng kế
để đo, do đó phải đo bằng cách cổ điển: đo thể tích dòng sản phẩm
đỉnh chảy trong thời gian khoảng 30 giây (thứ nguyên của lưu lượng là
thể tích/thời gian).
• Độ rượu: đo bằng phù kế (là phần trăm thể tích của rượu trong dung
dòch). Tiến hành đo như sau: lấy khoảng 120ml chất lỏng cần đo vào
ống đong nhỏ; cho nhẹ ngàng phù kế vào ống đong (không được thả
Trang 8
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Chưng cất
mạnh sẽ làm vỡ phù kế); chờ cho phù kế hết dao động – nổi cân bằng,

thì đọc mặt cong của mực chất lỏng trùng với vạch nào của phù kế thì
đọc vạch đó.
2.8.2Khảo sát ảnh hưởng của vò trí mâm nhập liệu:
Khi khảo sát vò trí mâm nhập liệu (hai vò trí mâm số 2 và số 5) thì lưu lượng dòng nhập
liệu vẫn không đổi và lưu lượng dòng hoàn lưu cũng giữ không đổi (ở độ đọc 10).
2.9.Một số lưu ý trong quá trình vận hành tháp:
— Kiểm tra dòng nước ra khỏi TBNT – đề phòng mất nước sẽ không ngưng tụ hơi
nước được gây thất thoát hơi và hư hỏng các van bít kín của TBNT.
— Đang thí nghiệm, không được cho vào bình nguyên liệu bất cứ hỗn hợp sản
phẩm nào vì sẽ làm thay đổi nồng độ ban đầu của nguyên liệu.
— Theo dõi thường xuyên mực chất lỏng trong nồi đun, nếu mực chất lỏng dâng
đầy ống thủy phải xả bớt chất lỏng trong nồi bằng van xả đáy phía dưới đáy nồi
và cho vào bình nhựa không được cho vào bình chứa nguyên liệu.
— Khi thay đổi vò trí nhập liệu, phải tắt bơm nhập liệu.
— Khi mở các van trong hệ thống phải mở đến độ mở tối đa.
— Khi tháp hoạt động phải quan sát quá trình xảy ra trên từng mâm trong tháp và
ghi nhận lại.
2.10.Kết thúc thí nghiệm:
— Tắt điện - nước
— Bơm sản phẩm đáy hoàn về bình chứa nguyên liệu
— Hoàn sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy (nếu có) trong bình nhựa về bình chứa
nguyên liệu
— Kiểm tra hệ thống một lần nữa và vệ sinh khu vực thí nghiệm.
IV.KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:
1. Số liệu thí nghiệm:
1. Xử lý số liệu thô
Vò
Lưu lượng dòng (ml/phút)
độ đọc*5.64
Phân mol dòng

(mol C
2
H
5
OH / mol tổng)
Trang 9
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Chưng cất
Nhập
liệu (F)
Đỉnh
(ml/phút)
(D)
Hoàn lưu
(Lo)
Nhập liệu
(x
F
)
Đỉnh
(x
D
)
Đáy
(x
W
)
1 4 169.2 145 28.2 0.293 0.711 -0.241
2 4 169.2 122 56.4 0.293 0.755 -0.093
3 4 169.2 80 84.6 0.293 0.777 0.092
4 2 169.2 100 56.4 0.293 0.788 0.021

5 5 169.2 97 56.4 0.293 0.691 0.047
Bảng khối lượng riêng của rượu và nước của nhập liệu, sản phẩm đỉnh:
TN
Khối lượng riêng của rượu Khối lượng riêng của nước
Nhập
liệu
Đỉnh
Hoàn
lưu
Nhập
liệu
Đỉnh Hoàn lưu
1 754 772 740 983.24 992.25 974.89
2 754 771 739.1 983.24 991.87 974.29
3 754 771 746.3 982.10 991.87 978.74
4 754 772 742.7 983.24 992.25 977.81
5 754 772 744.5 984.10 992.25 976.5
2. Kết quả tính toán các thông số
T
N
Vò trí
mâm
Tỉ số
hoàn
t
F
H
F
(Kcal/Kmol)
H

GF
(Kcal/Kmol)
H
LF
(Kcal/Kmol)
q q/(q-1)
Trang 10
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Chưng cất
lưu (R)
1 4
0.188
60
1337.4 11756.6 2172.75 1.087 12.468
2 4
0.444
60
1337.4 11756.6 2172.75 1.087 12.468
3 4
1.29
61
1399.9 11756.6 2172.75 1.081 13.346
4 2
0.901
59
1337.4 11756.6 2172.75 1.087 12.468
5 5
0.821
60
1312.5 11756.6 2172.75 1.090 12.173
3. Phương trình đường làm việc và đường nhập liệu

TN q/q-1 x
F
/q-1
Phương trình
đường nhập liệu
R/R+1 x
D
/R+1
Phương trình
đường cất
1
12.468 3.36 y=12.468*x-3.36 0.158 0.598 y=0.158*x+0.598
2 12.468 3.36 y=12.468*x-3.36 0.308 0.522 y=0.308*x+0.522
3 13.346 3.62 y=13.346*x-3.62 0.563 0.339 y=0.563*x+0.339
4 12.468 3.36 y=12.468*x-3.36 0.474 0.413 y=0.474*x+0.413
5 12.173 3.27 y=12.173*x-3.27 0.451 0.379 y=0.451*x +0.379
4.Xây dựng đồ thò:
Trang 11
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Chưng cất
Giản đồ t,xy
0
20
40
60
80
100
120
0 20 40 60 80 100 120
%mol x,y
Nhiệt độ (oC)

t
x
Trang 12
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Chưng cất
Đồ thò đường cân bằng của hệ etanol -nước
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
x(%mol)
y(%mol)
y
x
Trang 13
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Chưng cất
Trang 14
Đồ thò xác đònh số mâm lý thuyết ở chế độ 1
0
0.1
0.2
0.3
0.4

0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
x(%mol)
y(%mol)
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Chưng cất
Trang 15
Đồ thò xác đònh số mâm lý thuyết ở chế độ 2
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
x(%mol)
y(%mol)
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Chưng cất
Trang 16
Đồ thò xác đònh số mâm lý thuyết ở chế độ 3
0

0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
x(%mol)
y(%mol)
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Chưng cất


Trang 17
Đồ thò xác đònh số mâm lý thuyết ở chế độ 4
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

x(%mol)
y(%mol)
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Chưng cất
TN Vò trí mâm R
Số mâm
lý thuyết
x
D
Hiệu suất mâm
tổng quát
1 4 0.188 0.711
2 4 0.444 0.755
3 4 1.29 9.8 0.777 176%
4 2 0.901 0.788
5 5 0.821 4.9 0.691 78%
V. BÀN LUẬN:
Trang 18
Đồ thò xác đònh số mâm lý thuyết ở chế độ 5
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

x(%mol)
y(%mol)
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Chưng cất
1) nh hưởng của lưu lượng dòng hoàn lưu và mâm nhập liệu đến độ tinh khiết
của sản phẩm và hiệu suất tổng quát của tháp chưng cất.
• nh hưởng của lưu lượng dòng hoàn lưu.
- Chưng cất là phương pháp tách hỗn hợp chất lỏng (cũng như các hỗn hợp
khí đã hoá lỏng) thành những cấu tử riêng biệt dựa trên độ bay hoi khác nhau của các
cấu tử trong hỗn hợp.
- Ảnh hưởng của dòng hoàn lưu được đặc trưng bởi chỉ số hoàn lưu. Chỉ số
hoàn lưu (R) càng lớn thì lượng nhiệt tiêu thụ ở đáy tháp càng nhiều. Còn khi giảm chỉ
số hoàn lưu thì sẽ làm tăng chi phí chế tạo tháp mặc dù có giảm chi phí làm việc.Như
vậy khi lưu lượng dòng hoàn lưu tăng (tức là tăng R) thì sản phẩm đỉnh thu được càng
tinh khiết.
- Điều này phù hợp với kết quả thí nghiệm ta đã tính toán được, khi lưu
lượng dòng hoàn lưu tăng lên (5, 10, 15) thì độ tinh khiết của sản phẩm thu được cũng
tăng lên (x
D
tăng từ 0,711; 0,755 đến 0,777).
- Quá trình chưng cất không có hoàn lưu độ tinh khiết của sản phẩm chỉ đạt
đến một giá trò nào đó. (thường chỉ áp dụng để tách 2 cấu tử có nhiệt độ sôi khác xa
nhau và độ sạch của sản phẩm không cần cao lắm)
- Hiệu suất tổng quát. Ta xem E
0
= E
M
(Hiệu suất mâm Murphree)
1
*
1

+
+
−
−
=
nn
nn
M
yy
yy
E
Khi tăng lưu lượng hoàn lưu, y
n
và y
n+1
tăng và y
n
tiến đến y
*
n
nên E
M
tiến
đến 1. Hiệu suất mâm tăng dẫn đến hiệu suất mâm tổng quát tăng
• nh hưởng của vò trí mâm nhập liệu.
— Vò trí mâm nhập liệu:
 Chất lượng sản phẩm đỉnh cũng phụ thuộc vào vò trí mâm nhập liệu. Khi vò
trí nhập liệu càng cao thì độ tinh khiết sản phẩm càng giảm nhưng ít tiêu
tốn năng lượng. Ngược lại khi vò trí nhập liệu càng thấp thì độ tinh khiết
sảnphẩm thu được càng cao nhưng hao tốn nhiều năng lượng. Thực tế ta cần

chọn lựa vò trí nhập liệu thoả mãn yêu cầu về độ tinh khiết và yếu tố kinh
tế.
 Theo kết quả thí nghiệm khi ta nhập liệu thay đổi từ mâm số 2 sang mâm 5
ta thấy nồng độ của sản phẩm đỉnh giảm từ 0.788 xuống 0.691. Điều này
cho phép ta kết luận được vò trí nhập liệu càng cao thì càng không có lợi về
độ tinh khiết của sản phẩm đỉnh.
 Đối với hiệu suất mâm tổng quát E
0
thì E
0
cũng giảm khi thay đổi vò trí nhập
liệu từ thấp đến cao. Ta có thể kết luận được rằng vò trí nhập liệu càng thấp
thì càng có lợi về hiệu suất cũng như độ tinh khiết của sản phẩm mặc dù số
đóa lý thuyết có gia tăng làm gia tăng kích thước thiết bò và chi phí.
2) Hiện tượng và quá trình xảy ra khi tháp hoạt đông ổn đònh
Trang 19
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Chưng cất
- Trên mỗi mâm đều sảy ra hiện tượng sôi của hỗn hợp nhiệt độ sôi của hỗn
hợp ở mỗi mâm là khác nhau và giảm dần đến mâm cuối cùng
- Khi hệ thống hoạt động ổn đònh tức
 Nhiệt độ các dòng nhập liệu, hoàn lưu, sản phẩm đỉnh ổn đònh.
 Các lưu lượng kế đo các dòng phải ổn đònh (Tâm viên bi không
trồi sụt), nhằm để ổn đònh lưu lượng dòng nhập liêu cũng như dòng hoàn lưu
 Khi tháp hoạt động ổn đònh thì tại mỗi đóa diễn ra quá trình
truyền nhiệt và truyền khối từ pha lỏng sang và ngược lại. Do đó tại mỗi đóa sẽ có sự
tiếp xúc giữa pha lỏng (do dòng hoàn lưu) và pha khí (bốc hơi lên từ nồi đun) ta thấy
pha lỏng bò lối cuốn khá mạnh tạo nhiều bọt tại đóa. Nếu tốc độ dòng khí quá lớn thì sẽ
tạo một cột lỏng ở trên đóa mà không thoát xuống đóa dưới được, khi đó trong tháp xảy
ra hiện tượng ngập lụt . Hơi bay lên sẽ được đưa qua thiết bò ngưng tụ bằng nước để
ngưng tụ và thu sản phẩm đỉnh.

3) Các nguyên nhân dẫn đến sai số và cách khắc phục .
- Ỏû thí nghòệm 1 và 2 kết quả không chính xác( x
W
<0) có thể do ta đã tiến
hành đo khi:
 Các van chưa mở hết nên lưu lượng không ổn đònh
 Viên bi luôn trồi sụt nên lưu lượng không đúng với điều khiển.
 Đọc độ rượu bằng phù kế không chính xác do người đọc
 Hệ thống chưa hoạt động ổn đònh
 Sai số do đo lưu lương ( bấm đồng hồ không chính xác, lưu lượng
không ổn đònh)
 Thiết bò ngưng tụ và tháp chưng không bọc cách nhiệt vì thế nhiệt độ
đo được không chính xác
 Không đọc các giá trò đo cùng lúc
Trong quá trình tính toán : Làm tròn số liệu, tra bảng, chuyển đổi
đơn vò đo, vẽ đồ thò không chính xác
- Cách khắc phục:
 Tiến hành chính xác và đồng bộ các thao tác thí nghiệm, từng thành viên
trong nhóm phải phối hợp thật nhòp nhàng để đo được kết quả chính xác.
 Bảo đảm độ ổn đònh của tháp khi bắt đầu tiến hành đo bằng cách đợi trong
một khoảng thời gian nhất đònh khi nồng độ của sản phẩm đỉnh ổn đònh thì
mới bắt đầu tiến hành đo.
 Khi chuyển sang chế độ thí nghiệm khác thì phải chờ để lấy một lượng sản
phẩm đỉnh nhất đònh ở chế độ mới rồi sau đó xả bỏ lượng sản phẩm vừa thu
được, tiến hành lấy sản phẩm đỉnh sau khi đã xả bỏ để tiến hành các phép
đo. Khi đó, nồng độ sản phẩm đỉnh đã đạt đến độ ổn đònh cần thiết.
 Khi tiến hành thí nghiệm phải bảo đảm tất cả nguyên liệu đều ở trong
thùng chứa, không có lượng nào được chứa trước trong nồi đun vì như thế sẽ
Trang 20
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Chưng cất

làm ảnh hưởng đến nồng độ nhập liệu của nguyên liệu. Sau khi thí nghiệm
xong phải bơm sản phẩm trong nồi đun về lại thùng chứa nguyên liệu.
Trong khi tiến hành thí nghiệm, không đổ bất cứ dung dòch nào vào thùng chứa nguyên
liệu, gây ảnh hưởng đến nồng độ nguyên liệu, ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm.
VI. PHỤ LỤC:
Các công thức sử dụng trong tính toán chưng cất là:
1. Phần mol C
2
H
5
OH ( x) của dòng nhập liệu, dòng sản phẩm đỉnh.
x =
18
).1(
46
).(
46
).(
N
R
R
a
a
a
ρ
ρ
ρ
−
+
2. Suất lượng mol cho dòng nhập liệu.

18
.).1(
46

NthetichRthetich
mol
FaaF
F
ρρ
−
+=
Trong đó:
F
mol :
Suất lượng mol dòng nhập liệu ( Kmol/phút)
F
thetich :
Suất lượng thể tích dòng nhập liệu ( m
3
/phút)
ρ
N
: khối lượng riêng của H
2
O ( Kg/m
3
)
ρ
R
: khối lượng riêng của C

2
H
5
OH ( Kg/m
3
)
α : độ rượu
3.Nồng độ sản phẩm đáy .
DF
DxFx
x
DF
W
−
−
=

4.Tỉ số hoàn lưu R được tính theo công thức:
D
L
R
0
=
Lo : suất lượng mol của dòng hoàn lưu
D : suất lượng mol của dòng sản phẩm đỉnh
5. Nhiệt dung riêng trung bình của hỗn hợp C
2
H
5
OH - H

2
O (C
hh
)
NRhh
CxCxC )1(.
−+=
C
N
: Nhiệt dung riêng của nước. (Kcal/Kmol.
o
C)
C
R
: Nhiệt dung riêng của rượu. (Kcal/Kmol.
o
C)
Trang 21
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Chưng cất
6. Ẩn nhiệt hoá hơi trung bình của hỗn hợp C
2
H
5
OH - H
2
O (Kcal/Kmol)
NRhh
rxrxr )1(.
−+=
r

hh
, r
R
, r
N :
ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp, rượu nguyên chất, nước ở
nhiệt độ t đang xét
7.Entalpi của dòng nhập liệu, dòng hơi và dòng lỏng hoàn lưu được tính theo công
thức:
H
F
= C
F
. t
F
H
GF
= C
Fs
. t
Fs
+ r
Fs
H
LF
= C
Fs
. t
Fs
H

F
: enthalpy của dòng nhập liệu
H
GF
: enthalpy của pha hơi trong dòng nhập liệu
H
LF
: enthalpy của pha lỏng trong dòng nhập liệu
C
F
: nhiệt dung riêng của dòng nhập liệu
C
Fs
: nhiệt dung riêng của dòng nhập liệu ở nhiệt độ sôi
r
Fs
: ẩn nhiệt hoá hơi của dòng nhập liệu
Trang 22
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Chưng cất
VII.TÀI LIỆU THAM KHẢO:
[1].Tập thể CBGD bộ môn Máy – Thiết bò, Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Quá
trình và Thiết bò, Đại học Bách khoa Tp.HCM.
[2]GS.TSKH. Nguyễn Bin, Quá trình và Thiết bò – tập 4 – truyền khối, Khoa học và
kỹ thuật.
[3] Bộ môn máy và thiết bò , Bảng tra cứu quá trình cơ học truyền nhiệt- truyền
khối, Đại học quốc gia TP HCM.
Trang 23