Bài tập chưng cất đa cấu tử

Bài tập chưng cất đa cấu tử

GVHD : Dr Nguyễn Thị Thanh Xuân

Bài tập 1: Tính toán cân bằng pha cho hệ bốn cấu tử có thành phần: C2=0,15 mol, C3
= 0,3 mol, C4 = 0,35 mol, C5 = 0,2 mol; ở 10 atm. Đồng thời xác định nhiệt độ tạo bởi
hai pha lỏng-hơi cân bằng với pha hơi V = 40% mol ở cùng áp suất trên.
Bài giải :
Phương trình dùng để tính toán cân bằng pha có dạng:

Ki là hệ số cân bằng, có thể tra toán đồ đối với các hydrocarbon.
Cơ sở tính toán theo phép tính lặp, có giả thiết và kiểm tra giả thiết, theo hệ thức :

Tra hằng số cân bằng pha của các cấu tử theo giản đồ sau :

SVTH

Page 1


Bài tập chưng cất đa cấu tử

GVHD : Dr Nguyễn Thị Thanh Xuân

1. Trường hợp 1: Hệ vào ở trạng thái lỏng (điểm sôi): như vậy hệ tồn tại ở trạng thái

100% lỏng, và thành phần x của mỗi cấu tử trong pha lỏng chính bằng thành phần z
của nó trong hệ.
Ta tính toán theo thuật toán sau :

SVTH

Page 2


Bài tập chưng cất đa cấu tử

GVHD : Dr Nguyễn Thị Thanh Xuân

Tra toán đồ hằng số cân bằng của các cấu tử: (có thể dùng định luật Raoult và tra P bh từ
ngân hàng dữ liệu), các kết quả tính được cho ở bảng sau :
Giả thiết t =320C
Giả thiết t = 350C
Giả thiết t = 330C
P =10
xi = zi
atm
Ki
yi= Ki.xi
Ki
yi=Ki.xi
Ki
yi=Ki.xi
C2
0,15
3,2
0,48
3,45
0,52
3,3
0,51

C3
0,3
1,05
0,315
1,2
0,36
1,1
0,33
C4
0,35
0,36
0,126
0,395
0,138
0,39
0,136
C5
0,2
0,115
0,0028
0,125
0,025
0,12
0,024
Total
1,00
0,944
1,0315
1,000
o

Vậy, nhiệt độ thích hợp để hệ tồn tại ở trạng thái lỏng bão hòa là 33 C.
Kết quả nhiệt độ theo ProII là 32,15oC
2, Trường hợp 2: Hệ ở trạng thái điểm sương, tức là 100% ở trạng thái hơi, và thành
phần yi của mỗi cấu tử trong pha hơi chính là thành phần của nó trong hệ. Cũng làm
với thuật toán như sau :

SVTH

Page 3


Bài tập chưng cất đa cấu tử

GVHD : Dr Nguyễn Thị Thanh Xuân

Tra toán đồ hằng số cân bằng của các cấu tử: (có thể dùng định luật Raoult và tra P bh từ
ngân hàng dữ liệu), các kết quả tính được cho ở bảng sau :
P = 10
atm
C2
C3
C4
C5

yi = Zi
0,15
0,3
0,35
0,2

Giả thiết T = 750C
Ki
xi= yi/Ki.
5,8
0,2586
2,15
0,1395
0,9
0,3889
0,37
0,5405
1,095

Giả thiết T = 780C
Ki
xi= yi/Ki
6
0,0250
2,2
0,1362
0,95
0,3684
0,39
0,5128
1,043

Giả thiết T = 800C
Ki
xi = yi/Ki
6,1

0,0246
2,3
0,1304
0,98
0,3517
0,405
0,4903
1,005

Vậy, nhiệt độ thích hợp để hệ tồn tại ở trạng thái hơi bão hòa là 80oC.
Kết quả nhiệt độ theo ProII là 76oC
3, Trường hợp 3: Hệ ở TTCB L -V vởi phần thể tích lỏng bằng 0,4
Cần xác định nhiệt độ cần thiết để làm bốc hơi lượng pha hơi V = 40%,
Gọi xi, yi là nồng độ của cấu tử i ở pha lỏng và pha hơi khi cân bằng
Zi là nồng độ tổng của cấu tử i trong hệ.
SVTH

Page 4


Bài tập chưng cất đa cấu tử

GVHD : Dr Nguyễn Thị Thanh Xuân

Ta có :=>



Thực hiện phương pháp giả sử nhiệt độ rồi kiểm tra lại tổng thành phần xi bằng 1 theo
thuật toán ở dưới. Kết quả nhiệt độ giả sử đúng là 55oC và kết quả thành phần pha lỏng

và pha hơi cho ở bảng sau :
Cấu tử

Ki

xi

yi

Vi

Li

C2

6,65

0,046

0,306

0,122

0,028

C3

1,83

0,225

0,412

0,165

0,135

C4

0,55

0,427

0,235

0,094

0,256

C5

0,183

0,297

0,054

0,022

0,178

0,995

1,007

0,403

0,597

Tổng

Thuật toán của quá trình kiểm tra được cho ở trang sau :

SVTH

Page 5


Bài tập chưng cất đa cấu tử

GVHD : Dr Nguyễn Thị Thanh Xuân

Bài tập 2 : Hỗn hợp có lưu lượng 1000 kg/h gồm 42% mole heptane và 58% mole
ethyl benzene được tách bằng chưng cất. Yêu cầu sản phẩm đỉnh có độ tinh khiết đạt
97% mole heptane và sản phẩm đáy đạt 99% mole ethyl benzene. Sử dụng ngưng tụ
hoàn toàn. Nguyên liệu được đưa vào ở trạng thái bão hòa.
xheptane

0,0

0,08

0,18

0,25

0,49

0,65

0,79

0,91

1,0

yheptane

0,0

0,28

0,43

0,51

0,73

0,83

0,9

0,96

1,0

H1(kJ/kmol)x103

24,3

24,1

23,2

22,8

22,05 21,75

21,7

21,6

21,4

Hv(kJ/kmol)x103

61,2

59,6

58,5

58,1

56,5

54,4

53,8

53,3

55,2

Giá trị cân bằng nồng độ - ethalpie của hỗn hợp tại 1atm cho như sau :
Tính :
1. Tỷ số hồi lưu tối thiểu.
2. Số bậc thay đổi nồng độ(số đĩa lý thuyết) tối thiểu.
3. Số bậc thay đổi nồng độ (số đĩa lý thuyết) tại giá trị tỷ số hồi lưu bằng 2,5.
SVTH

Page 6


Bài tập chưng cất đa cấu tử

GVHD : Dr Nguyễn Thị Thanh Xuân

4. Công suất của thiết bị ngưng tụ và thiết bị đun sôi lại.
Bài giải:

Heptan = C7H16 ;

Mheptan =100

Ethyl benzene = C6H5C2H5 ;

Methylbezen = 106

Khối lượng mol phân tử trung bình của hốn hợp nguyên liệu:
Mtb = 0,42.100+0,58.106 = 103,48 (g/mol)
Lưu lượng mol của nguyên liệu: F = 1000/103,48 = 9,6637 (kmol/h)
Từ số liệu đã cho ta xây dựng giãn đồ H-x-y; giãn đồ đường cân bằng x-y
1. Xác định tỉ số hồi lưu tối thiểu

Nhập liệu ở trạng thái lỏng bão hòa nên xF = zF = 0,42
Từ giản đồ H-x-y ta biết được HF = 22,7.103 (kJ/kmol)
Sản phẩm đỉnh chứa 97% mol heptan tức là xD = 0.97
Từ giản đồ H-x-y ta biết được HD = 21.103 (kJ/kmol)

SVTH

Page 7


Bài tập chưng cất đa cấu tử

GVHD : Dr Nguyễn Thị Thanh Xuân

Sản phẩm đáy chứa 99% mol ethylbenzen tức là xW = 0,01
Từ giản đồ H-x-y ta biết được HW = 24,5.103 (kJ/kmol)

Khi chỉ số hồi lưu là tối thiểu thì số đĩa lý thuyết tiến về vô cùng, khi đó số bậc thay
đổi nồng độ gần như liền sát nhau trên giãn đồ x, y. Hay nói cách khác trên giản đồ Hx-y các đường thẳng thể hiện số đĩa lý thuyết của tháp là kề liền nhau, ta có thể cho
rằng khi đó điểm (yF ; HG) cũng nằm trên đường thẳng F; QC’; QR’ .
Như vậy để vẽ đường thẳng F; Q’C; QR’ ta làm theo các bước sau:
- Xác định F(xF; HF) trên H-x-y
- Xác định nồng độ yF cân bằng với xF theo giản đồ x-y. Suy ra được điểm (yF; HG)

Từ hai điểm đã xác định trên ta xác định được đường thẳng F; Q’C; QR’.
Với xD; xW đã biết ta xác định được QC’; QR’ từ giãn đồ H-x-y
QC’ = 98,4.103 kJ/kmol ;

QR’ = 34,5.103 kJ/kmol ; HG = 53,7.103 kJ/kmol

Tỉ số hồi lưu tối thiểu:
2. Số đĩa lý thuyết tối thiểu

Số đĩa lý thuyết tối thiểu được xác định là số bậc thay đổi nồng độ trên đường cân
bằng (hồi lưu hoàn toàn). Số đĩa lý thuyết xác định được là 6,98.
3. Công suất của thiết bị ngưng tụ và thiết bị đun sôi lại

Cân bằng vật chất:
SVTH

F=D +W
Page 8


Bài tập chưng cất đa cấu tử

GVHD : Dr Nguyễn Thị Thanh Xuân

FxF = DxD + WxW
Hay

9.6637 = D + W
9.6637 *0.42 = 0.97*D +0.01*W

Giải hệ phương trình trên ta được : D = 4,127 kmol/h ;

W = 5,537 kmol/h

Tỉ số hồi lưu : Suy ra: QC’ = 135.45*103 kJ/h

Cân bằng năng lượng : F.HF = D.Qc’ + W.Q’R
Từ các giá trị F, HF, D, QC’ và W đã có ta suy ra được QR’ = -61,35.103 kJ/h
Mặt khác ta có:

Q’C = HD +QC/D
Q’R = HW –QR/R

Từ đây suy ra :

QC = 472,36.103 kJ/h = 131,21 kW
QR = 475,31.103 kJ/h = 132,03 kW

SVTH

Page 9

Bài tập chưng cất đa cấu tử

GVHD : Dr Nguyễn Thị Thanh Xuân

4. Xác định số đĩa lý thuyết khi tỉ số hồi lưu là 2,5

Dựa vào hai giản đồ H-x-y và x-y ta xác định được số đĩa lý thuyết ứng với tỉ số hồi
lưu 2,5

SVTH

Page 10


Bài tập chưng cất đa cấu tử

GVHD : Dr Nguyễn Thị Thanh Xuân

Như vậy ta xác định được 11 đĩa lý thuyết, và đĩa nạp liệu nằm ở vị trí đĩa thứ 7 tính từ
trên xuống.

Đề 10 :
Cho một hỗn hợp có thành phần như sau :
Cấu tử
% mol

Ethane,

Propene,

Propane

C2
3,75

C3=
11,25

, C3
30

Isobutane, n-butane,
iC4
21

iso pentane

n-pentane

iC5
10

nC5
15

C4
9

Hỗn hợp ở trạng thái sôi, áp suất 12 atm, lưu lượng là 400 kmol/h.
Hỗn hợp nguyên liệu được chưng cất ở áp suất 12atm để thu hồi

-

Ở đỉnh: thu hồi iC4 với hiệu suất thu hồi cấu tử này đạt 98%

-

Ở đáy: thu hồi hoàn toàn phân đoạn C5 có trong nguyên liệu

1/ Hãy viết các phương trình biểu diễn sự hoạt động của tháp ở chế độ hồi lưu hoàn
toàn :
-

Phương trình cân bằng vật liệu

-

Các phương trình FENSKE biểu diễn quan hệ giữa lưu lượng riêng phần của
các cấu tử trong sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy.

2/ Xác định số đĩa lý thuyết tối thiểu và thành phần của sản phẩm đỉnh và sản phẩm
đáy.
3/ Tính Rmin
4/ Dựa trên giản đồ Gilliland cho biết các giá trị R và N tương ứng
Bài làm :
1.

Viết các phương trình cân bằng vật liệu
Gọi: D là tổng lượng sản phẩm đỉnh.
R là tổng lượng sản phẩm đáy.
A là lượng nguyên liệu vào

xiR là nồng độ phần mol của cấu tử i trong sản phẩm đáy.
ziA là nồng độ phần mol của cấu tử i trong nguyên liệu.
xiD là nồng độ phần mol của cấu tử i trong sản phẩm đỉnh.

* Viết ptcb vật liệu:
Cho toàn tháp:
SVTH

A = D + R (1)
Page 11


Bài tập chưng cất đa cấu tử

GVHD : Dr Nguyễn Thị Thanh Xuân

Cho từng cấu tử: A.ziA = D.xiD + R.xiR (2)
* Viết pt Fenske biểu diễn quan hệ lưu lượng riêng phần cấu tử trong sản phẩm đáy và
đỉnh:

Với

là độ bay hơi tương đối của cấu tử 2 cấu tử bất kỳ.

2. Xác định Nmin, thành phần sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy.
2.1. Chuẩn bị dữ kiện và giả thiết :
Chọn cấu tử khóa :

•

Cấu tử khóa nhẹ CV: iC4
Cấu tử khóa nặng CL: iC5
Giả thiết sự phân bố nồng độ ở đỉnh và đáy:

•

- nC4 là cấu tử trung gian, phân bố ở cả đỉnh và đáy.
- Toàn bộ C5 phân bố ở đáy
- C3 phân bố 1% ở đáy.
- C3= phân bố ở đáy:
- iC5 lẫn trong sản phẩm đỉnh:
Bảng giả thiết phân bố nồng độ
Cấu tử
C2 (V)
C3= (V)
C3 (V)
iC4 CV)
nC4 (i)
iC5 CL)
nC5 (L)
Tổng
•

Nguyên liệu
mol
phần mol
15
0.0375
45
0.1125

120
0.3000
84
0.2100
36
0.0900
40
0.1000
60
0.1500
400
1.0000

SP đỉnh
mol
phần mol
15.00
0.051
44.96
0.154
119.40
0.409
82.32
0.282
30.00
0.103
0.12
0.000
0.00
0.000

291.80
1.000

SP đáy
mol
phần mol
0.00
0.000
0.05
0.000
0.60
0.006
1.68
0.016
6.00
0.055
39.88
0.369
60.00
0.555
108.21
1.000

Tính độ bay hơi tương đối:

Lấy giá trị trung bình tại 3 vị trí đỉnh, đáy, nạp liệu => tại mỗi vị trí cần biết nhiệt độ,
từ đó tính được hằng số K và tính được độ bay hơi tương đối.
Tính theo cấu tử khóa nặng iC5.
SVTH

Page 12


Bài tập chưng cất đa cấu tử
-

-

Tại đỉnh tháp:
Nhiệt độ điểm sương giả thiết: 55oC
Cấu tử
yi = xiD
Ki
C2 (V)
0.051
3.9
C3= (V)
0.154
1.6
C3 (V)
0.409
1.4
iC4 (CV)
0.282
0.68
nC4 (i)
0.103
0.52
iC5 (CL)
0.000

0.27
nC5 (L)
0.000
0.18
Tổng
1.000
Tại đáy tháp:
Nhiệt độ điểm sôi giả thiết: 130oC
Cấu tử
C2 (V)
C3= (V)
C3 (V)
iC4 (CV)
nC4 (i)
iC5 (CL)
nC5 (L)
Tổng

-

GVHD : Dr Nguyễn Thị Thanh Xuân

xi = xiR
0.0000
0.0004
0.0055
0.0155
0.0555
0.3686
0.5545

1.000

Ki
9
4.2
3.6
1.8
1.6
1.12
0.85

xi = yi/Ki
0.013
0.096
0.292
0.415
0.198
0.002
0.000
1.016

αiD = Ki/KCL
14.444
5.926
5.185
2.519
1.926
1.000
0.667

yi = Ki.xi
0.000
0.002
0.020
0.028
0.089
0.413
0.471
1.022

αiR = Ki/KCL
8.036
3.750
3.214
1.607
1.429
1.000
0.759

Tại đĩa nạp liệu:
Theo đề, nạp liệu ở vị trí điểm sôi. Ta giả sử điểm sôi là 57oC
Cấu tử
C2 (V)
C3= (V)
C3 (V)
iC4 (CV)
nC4 (i)
iC5 (CL)
nC5 (L)
Tổng

xi = Zi
0.038
0.113
0.300
0.210
0.090
0.100
0.150
1.000

Ki
4
1.6
1.4
0.68
0.52
0.28
0.22

yi = Ki.xi
0.150
0.180
0.420
0.143
0.047
0.028
0.033
1.001

αiA = Ki/KCL
14.286
5.714
5.000
2.429
1.857
1.000
0.786

Bảng tổng kết số liệu độ bay hơi tương đối
Cấu tử
C2 (V)
C3= (V)
C3 (V)
iC4 (CV)
nC4 (i)
iC5 (CL)
SVTH

αiA
14.286
5.714
5.000
2.429
1.857
1.000

αiD
14.444
5.926

5.185
2.519
1.926
1.000
Page 13

αiR
8.036
3.750
3.214
1.607
1.429
1.000

αi
11.836
5.026
4.368
2.142
1.722
1.000


Bài tập chưng cất đa cấu tử
nC5 (L)

GVHD : Dr Nguyễn Thị Thanh Xuân

0.786

0.667

0.759

0.735

2.2. Xác định Nmin theo công thức Fenske:
Kiểm tra giả thiết phân bố nồng độ bằng cách giải hệ pt Fenske viết cho từng
cấu tử khác nhau:
Gọi a là số mol nC4 trong sản phẩm đỉnh, ta có:
Cấu tử
nC4 (mol)
iC4 (mol)
iC5 (mol)

Đỉnh
a
82.3
0.12

Đáy
36 - a
1.7
39.88

Công thức Fenske đượcviết dưới dạng:

-

Viết công thức Fenske cho lần lượt các cấu tử sau

nC4 và iC4

-

nC4 và iC5

Giải hệ ta có: Nmin = 10,9 và a = 29,86
Cấu tử
nC4 (mol)

Đỉnh
29,86

Đáy
6,14

Gọi b là số mol C2 ở đỉnh, viết công thức Fenske choC2 và iC4

Giải ra được b = 15
Gọi c là số mol C3 ở đỉnh, viết công thức Fenske choC3 và iC4

SVTH

Page 14


Bài tập chưng cất đa cấu tử

GVHD : Dr Nguyễn Thị Thanh Xuân

Giải ra được c = 119.999
Gọi d là số mol C3= ở đỉnh, viết công thức Fenske choC3= và iC4

Giải ra được d = 45
Bảng phân bố nồng độ tính toán được
Cấu tử
C2 (V)
C3= (V)
C3 (V)
iC4
(CV)
nC4 (i)
iC5 (CL)
nC5 (L)
Tổng

Nguyên liệu
mol
phần mol
15
0.038
45
0.113
120
0.300

SP đỉnh
mol
phần mol
15.000

0.051
45.000
0.154
119.999
0.411

SP đáy
mol
0.000
0.000
0.001

phần mol
0.000
0.000
0.000

84

0.210

82.320

0.282

1.680

0.016

36

40
60
400

0.090
0.100
0.150
1.000

29.860
0.120
0.000
292.299

0.102
0.00041
0.000
1.000

6.140
39.880
60.000
107.701

0.057
0.370
0.557
1.000

Sự sai khác giữa kết quả tính toán với giả thiết phân bố nồng độ ban đầu không

đáng kể. Do vậy có thể sử dụng số liệu phân bố nồng độ và giá trị Nmin tính toán được.
Xác định số bậc thay đổi nồng độ tối thiểu n min cho đoạn luyện và mmin cho đoạn
chưng.
Ta viết phương trinh Fenske cho một cấu tử ở đỉnh là C3 và cấu tử khóa nơi
nhập liệu (iC5) để xác định nmin
Độ bay hơi tương đối trung bình :
Phương trình Fenske là :

3. Tính tỷ số hồi lưu tối thiểu Rmin

Sử dụng CT Maxwell tính Rmin ở 2 trường hợp biên của trạng thái nạp liệu,
sau đó nội suy Rmin tương ứng với hỗn hợp nguyên liệu.
3.1. Tính các giá trị l:
cấu tử
SVTH

zi

αi

Nhập liệu lỏng
Page 15

Nhập liệu hơi


Bài tập chưng cất đa cấu tử

GVHD : Dr Nguyễn Thị Thanh Xuân
% bốc hơi

C2 (V)
C3= (V)
C3 (V)
iC4 (CV)
nC4 (iV)
iC5 (CL)
nC5 (L)

0.038
0.113
0.300
0.210
0.090
0.100
0.150

11.836
5.026
4.368
2.142
1.722
1.000
0.735

45

l
0.032
0.224

0.687
2.100
0.900

% bốc hơi

85

1.400

l
0.032
0.224
0.687
0.980
0.523
1.400

3.2. Tính Rmin cho trạng thái nạp liệu lỏng:

3.3. Tính Rmin cho trạng thái nạp liệu hơi

3.4. Xác định Rmin cho trạng thái nạp liệu thực tế với 0% bốc hơi:

Từ 2 giá trị trên, áp dụng phương pháp nôi suy ta có:

4. Dựa trên giản đồ Gilliland cho biết tính trị R và N tương ứng

Từ đồ thị thực nghiệm giữa Φ(N) và Φ(R) ta xác định được N ứng với mỗi R.

SVTH

Page 16


Bài tập chưng cất đa cấu tử

GVHD : Dr Nguyễn Thị Thanh Xuân

Kết quả tổng hợp trong bảng sau:
R

R - Rmin

Φ(R)

Φ(N)

Φ(N) + Nmin

N

N.(R+1)

0.8

0.18

0.100

0.513

11.403

23.415

42.15

1

0.38

0.190

0.44

11.330

20.232

40.46

1.2

0.58

0.264

0.396

11.286

18.685

41.11

1.6

0.98

0.377

0.327

11.217

16.667

43.33

1.8

1.18

0.421

0.3

11.190

15.986

44.76

2

1.38

0.460

0.28

11.170

15.514

46.54

Ta vẽ đồ thị biễu diễn quan hệ giữa N và N(R+1)
Dựa vào đồ thị ta thấy số đĩa tối ưu là 20.
Khi đó N(R+1) = 40,4
Suy ra R = 40,4/20 -1 = 1,02
SVTH

Page 17


Bài tập chưng cất đa cấu tử

GVHD : Dr Nguyễn Thị Thanh Xuân

Gọi n và m lần lượt là số bậc thay đổi nồng độ của đoạn luyện và đoạn chưng
Ta có :

Kết luận : Tháp có 20 đĩa trong đó đoạn luyện có 6 đĩa và đoạn chưng có
14 đĩa

Bài tập 4 : Cho phân đoạn Gasoil có các dữ kiện sau :
-

Tỷ trọng : d15/4 = 0,87
Số liệu đường cong chưng cất ASTM như sau :

% chưng cất

IP

T10

T30

T50

T70

T90

FP

Nhiệt độ, oC

225

268

298

315

332

360

405

1. Xác định đường cong TBP, EFV bằng phương pháp Edmister.
2. Xác định đường TBP của pha lỏng và pha hơi tương ứng với % bốc hơi của

nguyên liệu ở áp suất 1 atm.
3. Xác định đường cong ASTM thành phần tương ứng với 40% hóa hơi của nguyên
liệu ở áp suất 1atm.
4. Tính tỷ trọng mỗi pha ở trạng thái cân bằng.
5. Sử dụng giản đồ Cox, tìm điểm hội tụ F trên giản đồ.
Bài giải :
1. Xác định đường cong TBP, EFV bằng phương pháp Edmister
Nguyên tắc của phương pháp :

SVTH

Page 18

Bài tập chưng cất đa cấu tử

GVHD : Dr Nguyễn Thị Thanh Xuân

Đầu tiên, xác định điểm 50% trên đồ thị cần tìm từ vị trí điểm 50% của đồ thị

-

đã biết.
Tiếp theo, xác định sự chênh lệch nhiệt độ 0 – 10%, 10 – 30%, 30 – 50%,…của

-

đường cong chưng cất đã biết với đường cong chưng cất cần chuyển đổi.
Cuối cùng, xây dựng đường cong cần tìm từ điểm 50% bằng cách thêm vào
hoặc trừ đi độ chênh lệch.
 Chuyển đổi sang đường cong TBP :
TASTM50 = 315 oC → ΔT50(TBP – ASTM) = 17oC → T50(TBP) = 315 + 17 = 332oC
ΔT(50-30)ASTM = 17oC → ΔT(50-30)TBP = 28oC → T30(TBP) = 332 – 28 =304oC
ΔT(30-10)ASTM = 30oC → ΔT(30-10)TBP = 45oC → T10(TBP) = 304 – 45 =259oC
ΔT(10-0)ASTM = 43oC → ΔT(10-0)TBP = 64oC → IP (TBP) = 259 – 64 =195oC
ΔT(70-50)ASTM = 17oC → ΔT(70-50)TBP = 24oC → T70(TBP) = 332 + 24 =356oC
ΔT(90-70)ASTM = 28oC → ΔT(90-70)TBP = 33oC → T90(TBP) = 356 + 33 =389oC
ΔT(FP - 90)ASTM = 45oC → ΔT(FP-90)TBP = 52oC → FP(TBP) = 389 + 52 =441oC
Tổng hợp kết quả trong bảng sau:
% chưng cất
IP

ASTM, oC
225

10

268

ΔTASTM, oC

ΔTTBP, oC

43

64

259
30

30

304
28

315

332
17

70

45

298
17

50

24

332

356
28

90

360

FP

405

TBP, oC
195

33
389

45

52

441

 Chuyển đổi sang đường cong EFV:

TASTM50 = 315 oC và ΔT(30%-10%)ASTM = 30oC
→ ΔT50(EFV – ASTM) = 14oC → T50(EFV) = 315 + 14 = 329oC
ΔT(50-30)ASTM = 17oC → ΔT(50-30) EFV = 8oC → T30(EFV) = 329 – 8 =321oC
ΔT(30-10)ASTM = 30oC → ΔT(30-10) EFV = 19oC → T10(EFV) = 321 – 19 = 302oC
Tương tự ta có kết quả trong bảng sau:

SVTH

Page 19


Bài tập chưng cất đa cấu tử
% chưng cất
IP

ASTM, oC
225

10

268

GVHD : Dr Nguyễn Thị Thanh Xuân
ΔTASTM, oC

ΔTEFV, oC

43

21

302
30

30

EFV, oC
281

19

298

321
17

50

8

315

329
17

70

9

332

338
28

90

360

FP

405

14
352

45

21

373

2. Xác định đường TBP của pha lỏng và pha hơi tương ứng với % bốc hơi của nguyên

liệu ở áp suất 1 atm.

Ta có ở một nhiệt độ t bất kỳ: a = v + l
Trong đó : a là phần trăm bốc hơi của hỗn hợp đầu
v là phần trăm bốc hơi của phân đoạn nhẹ
l là phần trăm bốc hơi của phân đoạn nặng
Đồng thời kết hợp với hệ thức sau: v = V.Y; l = L.X
Trong đó: V, L là % thể tích của phân đoạn nhẹ và nặng trong hỗn hợp đầu
Y, X là các hệ số tỷ lệ và chúng có mối quan hệ với nhau như sau :

Đại lượng α được xác định bằng đồ thị thực nghiệm và phụ thuộc vào độ dốc của
đường cong TBP của hỗn hợp đầu trong khoảng 10% thể tích đến 70% thể tích.
Độ dốc :
Suy ra : α = 8
Với V = 0,4 và L = 0,6 và nhiệt độ T được tra dựa vào đường cong TBP và giá trị a
tính được.
X

0,00

0,10

0,20

0,40

0,60

0,80

0,90

1,00

Y

0,00

0,47

0,67

0,84

0,92

0,97

0,99

1,00

l = L.X

0,00

0,06

0,12

0,24

0,36

0,48

0,54

0,60

v = V.Y

0,00

0,19

0,27

0,34

0,37

0,39

0,39

0,40

a=v+l

0,00

0,25

0,39

0,58

0,73

0,87

0,93

1,00

SVTH

Page 20


Bài tập chưng cất đa cấu tử
T, oC

195

295

GVHD : Dr Nguyễn Thị Thanh Xuân
320

340

360

380

400

441

3. Xác định đường cong ASTM thành phần tương ứng với 40% hóa hơi của nguyên liệu

ở áp suất 1atm:
• Đường cong ASTM cho pha hơi
Từ đường cong ASTM của nguyên liệu, dựa vào độ dốc từ 10% đến 70% trên đường
này và giản đồ III.1.26 ta xác định được đường cong ASTM cho pha hơi.
 Độ dốc của đường cong ASTM nguyên liệu từ 10% đến 70%
 Sử dụng giản đồ III.1.26 và xử lý số liệu ta có kết quả như sau:

Nguyên liệu
t, oC
%V
225
PI
268
10
298
30
315
50
332

70
360
90
405
PF
•

Pha hơi
o

∆t, C
10
14
23
30
35
40
42

t, oC
215
254
275
285
297
320
363

Đường cong ASTM cho pha lỏng

Cách làm tương tự như đối với pha hơi nhưng sử dụng giản đồ III.1.27, ta có kết quả
sau:
Nguyên liệu
t, oC
%V
225
PI
268
10
298
30
315
50
332
70
360
90
405
PF

SVTH

Pha lỏng
∆t, C
t, oC
25
250
24
292
20

318
13
328
9
341
5
365
3
408
o

Page 21


Bài tập chưng cất đa cấu tử

GVHD : Dr Nguyễn Thị Thanh Xuân

Từ kết quả thu được ta vẽ đường cong ASTM của nguyên liệu, pha lỏng, pha hơi như
sau :

4. Tính tỉ trọng của mỗi pha ở trạng thái cân bằng

Dựa vào độ dốc của đường ASTM nguyên liệu từ 10% đến 30% và tỉ trọng của
nguyên liệu, tra giản đồ III.1.25 ta biết được tỉ trọng của mỗi pha
Độ dốc của nguyên liệu từ 10% đến 30% : 1,5
Tra giản đồ III.1.25 ta có kết quả:
Tỉ trọng của pha hơi ở trạng thái cân bằng: d = 0,85
Tỉ trọng của pha lỏng ở trạng thái cân bằng: d = 0,885
5. Xác định điểm hội tụ trên biểu đồ Cox

•
•

Hỗn hợp nhiều cấu tử có thể được đưa đi chưng cất phân đoạn ở áp suất cao, áp
suất khí quyển hoặc ở áp suất thấp (chưng cất chân không). Việc xác định nhiệt độ
phân đoạn phải dựa vào đường cong cân bằng EFV. Trên biểu đồ logarit, mối quan hệ
cân bằng giữa nhiệt độ áp suất và % thể tích dịch ngưng (Hình 1.13 - Giáo trình chưng
cất đa cấu tử), là những đường thẳng và chùm đường thẳng này hội tụ tại một điểm F.
Như vậy, nếu ta có số liệu EFV ở áp suất nào đó và biết được điểm hội tụ F thì xây
dựng được chùm đường thẳng P-T tương ứng với các % thể tích. Từ đó, ta sẽ dễ dàng
xây dựng được đường EFV ở áp suất bất kì nào khác. W.C Edmisster đã đưa ra
phương pháp thực nghiệm để xác định điểm hội tụ F được ứng dụng rộng rãi trong hóa
dầu.
 Độ dốc của đường cong ASTM từ 10% đến 90% thể tích của nguyên liệu :
 Nhiệt độ trung bình thể tích tương ứng với các điểm 10, 30, 50, 70 và 90%
 Quan sát biểu đồ điểm hội tụ F (Hình 1.14). Đây là biểu đồ thực nghiệm phức tạp với

vạch chia logarit, tung độ là áp suất, hoành độ là nhiệt độ. Ở cuối trục hoành có một
đoạn ngắn vạch chia thường biểu diến nhiệt độ trung bình thể tích t v của đường
ASTM. Trong ba nhóm đường cong, một nhóm biểu diễn tỷ trọng d của hỗn hợp, một
nhóm biểu diễn độ dốc S của hỗn hợp, còn nhóm phía trên biểu diễn tỷ số A như sau:

SVTH

Page 22


Bài tập chưng cất đa cấu tử

GVHD : Dr Nguyễn Thị Thanh Xuân

Dựa vào 3 đại lượng: tỉ trọng nguyên liệu, độ dốc, và tỷ số A , sử dụng giản đồ
III.1.24 ta có kết quả điểm hội tụ F : t = 510oC; P = 25,5 atm

BÀI TẬP 5 :
Dựa theo đường cong TBP của một mẫu dầu thô, người ta chia ra 11 cấu tử
pseudo. Các số liệu thực nghiệm và số liệu tra cứu từ các biễu đồ thực nghiệm sẽ được
tổng hợp trình bày trong các bảng số liệu dưới đây, trong đó có ấn định luôn các cấu
tử khóa.
Nhiệt độ
Cấu tử

% thể
tích

phần

TB

P, atm

d
0,74

M

mol

mol, oC

Kw

(260 oC)

α

lgα

a

10

5
0,81

102

0,173

98,3

11,9

25,9

79

1,8976

b

10

5
0,84

141

0,133

163

11,5

9,2

28,1

1,4487

c
d
e
f

10
10
10
10

2
0,86
0,87
0,88
0,89

165
192
210
227

0,1215
0,099
0,0987
0,092

207
238
264
281

11,4
11,4
11,5
11,4

2,79
1,43
0,885
0,599

8,55
4,37
2,31
1,83

0,932
0,6405
0,3636
0,2625

g (LK)

8

6
0,91

242

0,0705

301

11,4

0,428

1,31

0,1173

h (HK)
i
k

7
6
10

3
0,93
0,95

270
300
353

0,0562
0,0434
0,0641

325
353
404

11,4
11,5
11,5

0,327
0,184
0,0545

1
0,565
0,167

0
-0,248
-0,777

SVTH

Page 23


Bài tập chưng cất đa cấu tử

GVHD : Dr Nguyễn Thị Thanh Xuân

5
0,000
j

9

1,03

485

0,045

509

11,6

0,0002

6

-3,222

So sánh kết quả phân bố cấu tử pseudo (bằng phần mềm PRO II) ở hai phân đoạn sản
phẩm đỉnh và đáy tháp tương ứng với sử dụng hai tiêu chuẩn sản phẩm khác nhau như
sau:
•

Phân bố 90% cấu tử khóa nhẹ (Light Key - LK) ở sản phẩm đỉnh và 90% cấu tử khóa

nặng (Heavy Key – HK) nằm ở sản phẩm đáy.
• Sử dụng tiêu chuẩn dựa trên đường cong ASTM cho phân đoạn nhẹ và phân đoạn
nặng.
BÀI LÀM :
Đầu tiên, ta dùng phần mềm PRO II để mô phỏng cho quá trình phân tách dùng tiêu
chuẩn 1 : Phân bố 90% cấu tử khóa nhẹ (Light Key - LK) ở sản phẩm đỉnh và 90% cấu
tử khóa nặng (Heavy Key – HK) nằm ở sản phẩm đáy. Các bước mô phỏng như sau :
 Chọn mô hình nhiệt động SRK.
 Dòng công nghệ gồm 11 cấu tử giả. Để định nghĩa các cấu tử này ta có thể dùng hai
trong số các đặc trưng của từng cấu tử. Ở đây, ta chọn tỷ trọng và nhiệt độ sôi trung

bình mol.
 Dùng shortcut để mô phỏng quá trình chưng cất.
 Trạng thái dòng công nghệ: Áp suất khí quyển 1 bar và nhiệt độ điểm sôi
(Bubble Point).
 Cấu tử khóa nhẹ là cấu tử thứ 7 (cấu tử g)
Cấu tử khóa nặng là cấu tử thứ 8 (cấu tử h)
Ước lượng phần trăm thể tích của sản phẩm đỉnh là 68%.
• Tiến hành mô phỏng bằng PRO II dựa trên tiêu chuẩn về hiệu suất thu hồi: 90% cấu
tử nhẹ phân bố ở sản phẩm đỉnh và 90% cấu tử nặng phân bố ở sản phẩm đáy.

SVTH

Page 24


Bài tập chưng cất đa cấu tử

GVHD : Dr Nguyễn Thị Thanh Xuân

 Ta có kết quả Đường cong ASTM của dầu thô :

 Đường cong ASTM của sản phẩm đỉnh S2:

SVTH

Page 25