Bài giảng : NGUYÊN LÝ HÓA CÔNG NGHIỆP part 2 pps

Nguyên lý hóa công nghiệp 10
x
M
, y
M
: thành phần của cấu tử A trong pha lỏng và pha hơi ở nhiệt độ T và áp suất
P
M
→ Thành phần của cấu tử B trong pha lỏng và pha hơi ở nhiệt độ T và áp suất P
M

là: 1-x
M
, 1-y
M
⇒ Biểu đồ này ít
sử dụng
vì
trong
thực tế P rất ít thay đổi
⇒ Sử dụng biểu đồ T-x-y
2.4.4. Giản đồ đẳng áp T-x-y

T
P = const
T
0
B
T
0
A
A
B
Lỏng - Hơi
Hơi
Lỏng
T
M
x
M
y
M
Trong đó:
A : cấu tử dễ bay hơi → T
0
A
< T
0
B
x
M

, y
M
: thành phần của cấu tử A trong pha lỏng và pha hơi ở P

và T
M
→ thành phần của cấu tử B trong pha lỏng và pha hơi ở nhiệt độ T và áp suất P
M
là:
1-x
M
, 1-y
M
Nguyên lý hóa công nghiệp 11
2.4.5. Giản đồ phần mol x-y
Ví dụ ta có giản đồ phần mol x-y của hệ 2 cấu tử Propane và Butane. Trong đó :
− Trục x : biễu diễn phần mol của cấu tử nhẹ Propane trong pha lỏng ;
− Trục y : biễu diễn phần mol của cấu tử nhẹ Propane trong pha hơi.


90
90
Nguyên lý hóa công nghiệp 12
2.5. THÁP CHƯNG LUYỆN
2.5.1. Nguyên tắc hoạt động
Tháp chưng luyện gồm có 2 đoạn :
− Đoạn luyện : Là phần trên, gồm từ
đĩa tiếp liệu trở lên đỉnh ;
− Đoạn chưng : Là phần dưới, gồm
từ đĩa tiếp liệu trở xuống dưới;

Tháp chưng luyện gồm có nhiều đĩa
⇒ Trên mỗi đĩa xảy ra quá trình
chuyển khối giữa pha lỏng và pha hơi.
Pha hơi đi từ d
ưới lên qua các lỗ của
đĩa xuyên qua pha lỏng đi từ trên
xuống theo các ống (vách) chảy
chuyền.
⇒ Vì nhiệt độ trong tháp càng lên cao càng giảm nên khi hơi đi qua các đĩa từ dưới
lên, các cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽ ngưng tụ lại và cuối cùng ở trên đỉnh tháp, ta
sẽ thu được hỗn hợp sản phẩm gồm hầu hết là các cấu tử nhẹ (dễ bay hơi). Hơi này
sẽ đi vào
thiết bị ngưng tụ (condenser) (một phần hoặc hoàn toàn) ở đỉnh tháp để
hồi lưu lỏng ngưng tụ được về lại tháp và lấy ra làm sản phẩm đỉnh.
Ngược lại, pha lỏng đi từ trên xuống gặp hơi có
nhiệt độ cao hơn, một phần cấu tử
có nhiệt độ sôi thấp sẽ bốc hơi ⇒ nồng độ của cấu tử nặng (khó bay hơi) trong pha
lỏng sẽ càng tăng và cuối cùng ở đáy tháp, ta sẽ thu được hỗn hợp sản phẩm gồm
hầu hết là các cấu tử nặng. Một phần sản phẩm đáy sẽ đi vào thiết bị đun sôi lại
(reboiler) ở đáy tháp để tạo một lượng hơi đưa vào từ đáy tháp, đảm bảo trong tháp
luôn luôn có sự tiếp xúc giữa 2 pha lỏng và hơi.
Nguyên lý hóa công nghiệp 13
⇒ Quá trình bốc hơi và ngưng tụ lặp
lại nhiều lần ở các đĩa
⇒ Pha hơi đi lên càng giàu cấu tử nhẹ
⇒ Pha lỏng đi xuống càng giàu cấu tử
nặng
− Theo lý thuyết → Mỗi đĩa là một
bậc thay đổi nồng độ : thành phần hơi
khi rời khỏi đĩa cân bằng với thành

phần lỏng khi đi vào đĩa ⇒ số
đĩa = số
bậc thay đổi nồng độ.
− Thực tế → trên mỗi đĩa quá trình chuyển khối giữa 2 pha thường không đạt cân
bằng ⇒ Số đĩa thực tế > số đĩa lý thuyết
⇒ Hiệu suất đĩa
TT
LT
N
N
==η
tãú thæûcâéa Säú
thuyãú
t
lyï âé
a
Säú

2.5.2. Thiết bị ngưng tụ đỉnh tháp (Condenser)
có 4 dạng Condenser :
1. Partial (ngưng tụ một phần): Hơi đi ra từ đỉnh tháp được làm lạnh và chỉ ngưng
tụ một phần. Loại Condenser này thực sự là một bậc thay đổi nồng độ. Nhiệt độ
trong Condenser chính là nhiệt độ điểm sương của hỗn hợp hơi cân bằng.
Gồm 2 loại :
- loại Distillat vapor : lỏng ngưng t
ụ chỉ để hồi lưu về đỉnh tháp, còn sản
phẩm lấy ra ở thể hơi được gọi là Overhead.
Nguyên lý hóa công nghiệp 14
- Loại Distillat mixe : lỏng ngưng tụ một phần để hồi lưu về đỉnh tháp, còn
lại lấy ra làm sản phẩm ⇒ sản phẩm đỉnh gồm 2 loại là sản phẩm hơi và

sản phẩm lỏng.
2. Bubble Temperature : Hơi đi ra từ đỉnh tháp được làm lạnh đến nhiệt độ điểm
sôi của hỗn hợp và ngưng tụ hoàn toàn, một phầ
n cho hồi lưu về đỉnh tháp, phần
còn lại lấy ra dạng sản phẩm lỏng, được gọi là Fixe Rate Draw.



Loín


Håi


Loíng
Håi
a- Dạng Partial
Distillate vapor Distillate mixe
b- Dạng Bubble
2.5.3. Thiết bị đun sôi đáy tháp (Reboiler)
có 4 dạng Reboiler :
- Thermosiphon without baffles và with baffles
- Dạng Kettle : được mặc định (qui chuẩn)
- Dạng “one through”
- Dạng lò
Nguyên lý hóa công nghiệp 15

Trong đó, loại Thermosiphon gồm 2 loại: without baffles và with baffles.
Để đạt được chất lượng sản phẩm đáy cao hơn, người ta đã thiết kế loại
Thermosiphon with baffles có cấu tạo như sau:

Nguyên lý hóa công nghiệp 16


210

300
?

?

?

?
50
2.5.4. Cân bằng vật chất
Nếu gọi :
F - Lượng hỗn hợp nguyên liệu đi vào tháp, kg/h
P - Lượng sản phẩm đỉnh, kg/h
W - Lượng sản phẩm đáy, kg/h
a
F
, a
P
, a
W
: nồng độ % khối lượng của cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp nguyên liệu,
trong sản phẩm đỉnh và trong sản phẩm đáy.
Phương trình cân bằng vật chất toàn tháp : F = P + W

Nếu đối với cấu tử dễ bay hơi : F.a
F
= P.a
P
+ W.a
W
Ta tính được P :
WP
WF
aa
aa
FP
−
−
×=
⇒ W = F – P
Nguyên lý hóa công nghiệp 17
Chuyển từ nồng độ % khối lượng sang nồng độ phần mol :
B
F
A
F
A
F
MM
M
a1a
a
x
F

−
+
=

B
P
A
P
A
P
MM
M
a1a
a
x
P
−
+
=

B
W
A
W
A
W
MM
M
a1a
a

x
W
−
+
=

Với M
A
, M
B
: khối lượng mol của cấu tử nhẹ và cấu tử nặng
Tính khối lượng mol trung bình của:
− hỗn hợp nguyên liệu: M
F
= x
F
.M
A
+(1-x
F
).M
B

− sản phẩm đỉnh: M
P
= x
P
.M
A
+(1-x

P
).M
B

− sản phẩm đáy: M
W
= x
W
.M
A
+(1-x
W
).M
B

Lập bảng cân bằng vật chất toàn tháp:
Hỗn hợp
Nồng độ %
khối lượng
Nồng độ phần
mol
Lưu lượng khối
lượng, kg/h
Lưu lượng
mol, kg/h
Nguyên liệu a
F
x
F
F

F
M
F

Sản phẩm đỉnh a
P
x
P
P
P
M
P

Sản phẩm đáy a
W
x
W
W
W
M
W


2.5.5. Xác định chỉ số hồi lưu r
f
và số đĩa lý thuyết tối thiểu N
min

Chỉ số hồi lưu r
f

là tỉ số giữa lượng lỏng hồi lưu và lượng sản phẩm đỉnh.
Để xác định chỉ số hồi lưu r
f
và số đĩa lý thuyết tối thiểu N
min
, ta thực hiện theo
những bước sau:
Nguyên lý hóa công nghiệp 18
1- Xác định r
f min
:
F
*
F
*
FP
minf
xy
yx
r
−
−
=

Với y
*
F
- nồng độ phần mol cân bằng ứng với x
F
2- Xác định các giá trị r

f
= b. r
fmin
với b = 1,2 ÷ 2,5
3- Xác định các giá trị
1r
x
B
f
P
+
=

4- Trên đường cân bằng lỏng hơi x-y của hệ hai cấu tử → Vẽ đường làm việc của:
- Đoạn luyện: bằng cách nối điểm (x
P
, y
P
) với điểm (0, B)
- Đoạn chưng: bằng cách nối điểm (x
W
, y
W
) với giao điểm của đường làm
việc của đoạn luyện với đường x = x
F
(nếu hỗn hợp nguyên liệu vào ở điểm sôi)
5- Xác định số bậc thay đổi nồng độ N
LT
bằng cách vẽ các đường thẳng song song

với trục hoành và trục tung bắt đầu từ điểm x
P
cho đến khi quá điểm x
W
. N
LT
thông
thường không phải là số nguyên.
6- Giá trị thích hợp của chỉ số hồi lưu r
f
và số đĩa lý thuyết tối thiểu N
min
tương ứng
với giá trị cực tiểu
của N
LT
(r
f
+ 1)
b … … … …
r
f

B
N
LT

N
LT
(r

f
+ 1)