CHƯNG cất đa cấu tử CHƯƠNG 3 các PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THÁP CHƯNG cất PHÂN đoạn hỗn hợp NHIỀU cấu tử đơn GIẢN

CHƯNG CẤT ĐA
CẤU TỬ
CHƯƠNG 3
CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN THÁP
CHƯNG CẤT PHÂN ĐOẠN HỖN HỢP
NHIỀU CẤU TỬ ĐƠN GIẢN


ĐẶT VẤN ĐỀ
 Đối với hệ hai cấu tử → đường cong cân

bằng t–x(y) và y-x → số liệu ban đầu là
nồng độ của 1 cấu tử ở 3 vị trí: nhập liệu,
đỉnh và đáy tháp → đơn giản → tính chính
xác
 Đối với hệ đa cấu tử → sử dụng các

phương pháp đơn giản hóa để tính tốn


1. Phương pháp tính số bậc thay đổi
nồng độ đới với hệ hai cấu tử
 Có hai phương pháp thiết lập mối quan hệ giữa số đĩa lý

thuyết (số bậc thay đổi nồng độ), tỷ số lỏng-hơi và nồng độ
các dòng sản phẩm


Phương pháp Ponchon – Savarit: sử dụng giản đồ Hxy
và xy, có thể áp dụng được trong mọi trường hợp, tuy
nhiên cần có đủ các dữ kiện về nhiệt



Phương pháp Mc Cape – Thiele: sử dụng giản đồ xy,
đơn giản hơn phương pháp trên, thích hợp trong một số
trường hợp có tổn thất nhiệt, cơ sở của phương pháp là
xem gần đúng đường làm việc của đoạn chưng và đoạn
luyên là đường thẳng


Phương pháp tính số bậc thay đổi nồng độ đới
với hệ hai cấu tử

Phương pháp Ponchon – Savarit
GIẢN
ĐỒ
CÂN
BẰNG
PHA
Cân bằng vật chất và enthalpie
-Cân bằng tổng:

A

=L+V

- Cân bằng vật chất: A.z = L.x + V.y
-Cân bằng enthalpie: A.H = L.h + V.H

Phương pháp Ponchon – Savarit
Thiết lập cân bằng trong đoạn chưng và luyện
CÂN
BẰNG
TRONG
ĐOẠN
LUYỆN

Với rfp = Lp/D là tỷ số hồi lưu tại đĩa p ta có

Trên giản đồ enthalpie các điểm Vp+1, Lp và PR nằm trên một đường thẳng


Phương pháp Ponchon – Savarit
Thiết lập cân bằng trong đoạn chưng và luyện
CÂN
BẰNG
TRONG
ĐOẠN
CHƯNG

Với rbq = Vq/R là tỷ số hơi đáy tại đĩa q ta có

Trên giản đồ enthalpie các điểm Vq, Lq+1 và PE nằm trên một đường thẳng


Phương pháp Ponchon – Savarit
Thiết lập cân bằng trong đoạn chưng và luyện

Giản đồ cân bằng enthalpie

Khi xác định được các điểm P R và PE,
với thành phần pha lỏng xp, xq+1 đã biết,
hoàn toàn có thể xác định thành phần
pha hơi dựa vào giản đồ cân bằng


Phương pháp Ponchon – Savarit
Xây dựng giản đồ
 Xác định các điểm PE, PR, A trên 1 đường thẳng từ cân bằng chung của tháp


Phương pháp Ponchon – Savarit
Xây dựng giản đồ
 Xây dựng giản đồ trong đoạn luyện từ V 1 tương ứng thành phần y1 = xD
 Xác định vị trí nạp liệu

Điều kiện nạp liệu chính xác:
Xn > xA > xn+1
Các bước:
-Xác định Ln

- Xác định xm+1

 Xây dựng giản đồ trong đoạn chưng:- từ
địnhtừLđườ
o đườ
cân
m dựa
XáV

c mđịxá
nhc V
ngvàthẳ
ng VnmgLm+1
PE
m

bằng cho đến khi thành phần pha lỏng x < xR


Phương pháp Ponchon – Savarit
Xây dựng giản đồ
 Xác định vị trí nạp liệu: xét 2 trạng thái nhập liệu đơn giản


Nhập liệu ở điểm sôi

Đoạn luyện:
Ln, Vm, PR thẳng hàng
Đoạn chưng:
Lm, Vm+1, PE thẳng hàng


Phương pháp Ponchon – Savarit
Xây dựng giản đồ
 Xác định vị trí nạp liệu: xét 2 trạng thái nhập liệu đơn giản


Nhập liệu ở điểm sương

Đoạn luyện:
Ln, Vn+1, PR thẳng hàng
Đoạn chưng:
Lm, Vm+1, PE thẳng hàng
Ln, Vm-1, PE thẳng hàng


Nhập liệu ở
điểm sôi


Bài tập (giải và gởi theo đc:
)


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 đưa vào ở trạng thái lỏng bão hòa.
 Giá trị cân bằng nồng độ – enthalpie của hỗn hợp tại 1 atm cho như sau:

xheptane

0

0.08

0.18

0.25

0.49

0.65

0.79

0.91

1.0

yheptane

0

0.28

0.43

0.51

0.73

0.83

0.90

0.96

1.0

Hl (kJ/kmol) x 10-3

24.3

24.1

23.2

22.8

22.05

21.75

21.7

21.6

21.4

Hv (kJ/kmol) x 10-3

61.2

59.6

58.5

58.1

56.5

55.2

54.4

53.8

53.3

Tính:
 Tỷ số hồi lưu tối thiểu
 Số bậc thay đổi nồng độ (số đĩa lý thuyết) tối thiểu
Số bậc thay đổi nồng độ (số đĩa lý thuyết) tại giá trị tỷ số hồi lưu bằng 2.5
 Công suất các thiết bị ngưng tụ và thiết bị đun sôi lại





Phương pháp tính số bậc thay đổi nồng độ đới
với hệ hai cấu tử

Phương pháp Mc.Cabe Thiele
 Cần biết:

Giản đồ pha
 Đặc trưng nguyên liệu, sản
phẩm đỉnh, đáy

 Tỷ số hồi lưu
⇒ Số đĩa lý thuyết
 Nguyên tắc:
 Vẽ đường nồng độ làm viêc
đoạn luyện
 Vẽ đường nồng độ làm việc
đoạn chưng
 Vẽ đường trạng thái nhập liệu
(đường q)
 Các đường này đi qua các
điểm xD, xB, xF theo thứ tự




Xác định số đĩa lý thuyết


Phương pháp tính số bậc thay đổi nồng độ đới
với hệ hai cấu tử

Phương pháp Mc.Cabe Thiele
Các bước:

Phân tích đoạn luyện, xác định
đường nồng độ làm việc của đoạn
luyện ROL dựa vào xD và R

Phân tích vùng nạp liệu, xác định
trạng thái nhập liệu thông qua giá

trị q

Xác định đường nhập liệu (đường
q) dựa vào giá trị xF và q

Định vị giao điểm giữa ROL và
đường q

Phân tích đoạn chưng, xác định
đường nồng độ làm việc đoạn
chưng SOL thông qua giao điểm
giữa ROL và đường q và xR



QUY
TRÌNH
TÍNH
TOÁN
THEO
PHƯƠNG
PHÁP
MC.CABE
THIELE


Phương pháp tính số bậc thay đổi nồng độ đới
với hệ hai cấu tử

Phương pháp Mc.Cabe Thiele

Phương pháp tính số bậc thay đổi nồng độ đới
với hệ hai cấu tử

Phương pháp Mc.Cape Thiele

Dòng

Lưu lượng
tổng

Thành phần

Hơi rời đĩa

Vn

yn

Lỏng rời đĩa

Ln

xn

Hơi vào đĩa

Vn+1

yn+1

Lỏng vào đĩa

Ln-1

xn-1


Phương pháp tính số bậc thay đổi nồng độ đới
với hệ hai cấu tử

Phương pháp Mc.Cape Thiele

L1 = L2 = L3 = ......... = Ln = constant
V1 = V2 = V3 = ......... = Vn = constant


Phương pháp tính số bậc thay đổi nồng độ đới
với hệ hai cấu tử

Phương pháp Mc.Cabe Thiele
Các bước:

Phân tích đoạn luyện, xác định
đường nồng độ làm việc của
đoạn luyện ROL dựa vào xD và R

Phân tích vùng nạp liệu, xác định
trạng thái nhập liệu thông qua giá trị

q

Xác định đường nhập liệu (đường
q) dựa vào giá trị xF và q

Định vị giao điểm giữa ROL và
đường q

Phân tích đoạn chưng, xác định
đường nồng độ làm việc đoạn
chưng SOL thông qua giao điểm
giữa ROL và đường q và xR



Phương pháp Mc.Cape Thiele
Đường làm việc đoạn luyện
Cân bằng tổng:

Vn+1 = Ln + D

Đối với cấu tử nhẹ

Vn+1 yn+1 = Ln xn + D xD

⇒ (Ln + D) yn+1 = Ln xn + D xD
Giả thiết:
L1 = L2 = .......... Ln-1 = Ln = Ln+1 = L = constant
V1 = V2 = .......... Vn-1 = Vn = Vn+1 = V = constant
⇒ (L + D) yn+1 = L xn + D xD

Phương pháp Mc.Cape Thiele
Đường làm việc đoạn luyện


Phương pháp Mc.Cape Thiele
Đường làm việc đoạn luyện
(xD - x1) = sự giảm nồng độ cấu tử
dễ bay hơi trong pha lỏng khi nó di
chuyển xuống dưới (từ 1 xuống 2)
(y1 - y2) = sự tăng nồng độ cấu tử dễ
bay hơi trong pha hơi khi nó di
chuyển lên trên (từ 2 lên 1) .

Khi R thay đổi, ROL thay đổi


Phương pháp tính số bậc thay đổi nồng độ đới
với hệ hai cấu tử

Phương pháp Mc.Cabe Thiele
Các bước:

Phân tích đoạn luyện, xác định
đường nồng độ làm việc của đoạn
luyện ROL dựa vào xD và R

Phân tích vùng nạp liệu, xác
định trạng thái nhập liệu thông

qua giá trị q
Xác định đường nhập liệu (đường
q) dựa vào giá trị xF và q

Định vị giao điểm giữa ROL và
đường q

Phân tích đoạn chưng, xác định
đường nồng độ làm việc đoạn
chưng SOL thông qua giao điểm
giữa ROL và đường q và xR





Phương pháp Mc.Cape Thiele
Vùng nạp liệu – đường q

Lượng lỏng = q F moles/hr
Lượng hơi = (1-q) F moles/hr
Phương trình cân bằng: L' = L + q F
V = V' + (1-q) F
Đoạn luyện :
V y = L x + D xD
Đoạn chưng :

V' y = L' x - B xB

Tại đĩa nạp liêu :

(V - V') y = (L - L') x + D xD + B xB

⇒

V - V' = ( 1 - q ) F
L - L' = - q F
F x F = D xD + B x B

⇒

(1 - q) F y = - q F x + F xF

Mặt khác: