Chưng liên tục

bảng 2.1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
BỘ MÔN MÁY – THIẾT BỊ
……

BÁO CÁO THỰC HÀNH

QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ
BÀI: 4 CHƯNG LIÊN TỤC

GVHD:

TRƯƠNG VĂN MINH

SVTH:

VÕ THÁI QUÝ

MSSV:

12013961

LỚP :

DHHO8A

NHÓM:

2

TỔ:

5

HỌC KỲ:

2

NĂM HỌC:

2014-2015

Tháng 5 năm 2015


Mục lục

2


Chưng liên tục
1.1.Mục đích thí nghiệm
Quá trình chưng liên tục nhằm khảo sát sự ảnh hưởng của các thông số sau
 Lưu lượng dòng nhập liệu
 Nhiệt độ dòng nhập liệu
 Vị trí nhập liệu (3 vị trí khác nhau)
 Lưu lượng dòng chuyển độngng trong tháp chưng cất
 Chỉ số hồi lưu

1.2.kết quả thí nghiệm.
1.2.1.xử lý số liệu.

Chuyển đổi đơn vị.

xF
mol/mol

Stt

F
mol/h

xD
mol/mol

xW
mol/mol

1

0.093

0.1125

0.694

0.0627

2

0.093

0.1125

0.586

0.0524

Tính cân bằng vật chất.

R
1

1.5

D
mol/h

W
mol/h

5.39*10^-3 0.1071

Đường làm
việc phần
chưng

Đường làm
việc phần cất

1.3

8.56*10^-3 0.10394

y = 6.28 x − 0.276

H%
35.75

y = 8.95 x − 0.5
y=

2

N

1.5 0.694
x+
2.5
2.5
47.94

1.3 0.586
y=
x+
2.3
2.3

Tính toán cân bằng năng lượng.
Stt
1

G
Kg/h
250.8

Qng
W
54.53

2

246.6

82.98

QF
W
261

QW
W
263.24

QD
W
16.68

-8.8

261

251

25.39

2.873

3

QK
W


1.2.2. vẽ đồ thị.

hình 1.1. Đồ thị số mâm lý thuyết đối với R=1.5

4


hình 1.2. Đồ thị số mâm lý thuyết với R=1.3

hình 1.3. Đồ thị sự thay đổi R theo độ tinh khiết của sản phẩm.

5


1.3.Nhận xét và bàn luận.
Khi chỉ số hoàn lưu càng lớn thì độ tinh khiết của sản phẩm sau khi chưng cất càng cao.
Chỉ số hồi lưu càng lớn thì nhiệt độ nồi đun đáy tháp và nhiệt lượng cần cung cấp càng thấp.
Nguyên nhân là do khi chỉ số hồi lưu R tăng, lượng sản phẩm đỉnh D giảm, lượng hồi lưu Lo

tăng kéo theo QD, Qng giảm, QL tăng

Hơi từ tháp chưng cất đi lên thiết bị ngưng tụ tiếp xúc với lượng lỏng hoàn lưu này.
Do sự tiếp xúc giữa pha hơi và pha lỏng, cấu tử etanol trong hơi sẽ lôi kéo một lượng
etanol trong dung dịch hoàn lưu, đồng thời hơi nước trong pha hơi sẽ được giữ lại
một phần trong dung dịch hoàn lưu.
Lượng hơi sau khi tiếp xúc với dung dịch hoàn lưu sẽ có nồng độ cấu tử etanol cao
hơn, đồng thời giảm nồng độ cấu tử nước. Do đó khi được ngưng tụ, nồng độ sản
phẩm đỉnh càng tăng lên. Quá trình tiếp tục, sản phẩm đỉnh này sẽ được hoàn lưu lại,
tương ứng sẽ có nồng độ cấu tử etanol cao hơn dòng hoàn lưu ban đầu. Cứ thế sự
tiếp xúc pha hơi và pha lỏng kèm sự lôi cuốn cấu tử có độ bay hơi cao diễn ra liên
tục, nồng độ sản phẩm đỉnh thu được càng cao.
Trên mỗi đĩa xảy ra quá trình truyền khối giữa pha lỏng và pha hơi, một phần cấu tử dẽ bay
hơi chuyển từ pha lỏng vào pha hơi và một phần ít hơn chuyển từ pha hơi vào pha lỏng, trên
đỉnh tháp ta thu được nhiều cấu tử dễ bay hơi và ở đáy tháp ta thu được nhiều cấu tử khó
bay hơi.
Số mol của chất lỏng không thay đổi theo chiều cao của đoạn cất và đoạn chưng.

6


Tài liệu tham khảo.
[1]. Trường đại học công nghiệp tp.Hồ Chí Minh-khoa công nghệ hóa học-Hướng dẫn thực
hành quá trình và thiết bị- Nhà xuất bản lao động-2012.
[2]. Trường đại học công nghiệp tp.Hồ Chí Minh – khoa máy – thiết bị hóa học – các quá
trình thiết bị cơ học – 2011.
[3]. Trường đại học công nghiệp tp.Hồ Chí Minh – khoa máy – thiết bị hóa học – quá trình
thiết bị truyền nhiệt-2011.
[4]. Bảng tra cứu quá trình cơ học –truyền nhiệt-truyền khối-nhà xuất bản đại học quốc gia
TP.HỒ CHÍ MINH-2012.

[5]. Nguyễn Bin-Các quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm tập 4-nhà xuất
bản khoa học kĩ thuật

7


Phụ lục
Phương trình cân bằng cho toàn tháp
F=W+ D
F.xF=W.xW + D.xD
F, W, D: suất lượng nhập liệu, sản phẩm đáy và đỉnh, kmol/h
xF, xW, xD: phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong nhập liệu, sản phẩm đáy và đỉnh
Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất

Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng

, lượng hỗn hợp nhập liệu so với sản phẩm đỉnh
Cân bằng năng lượng

Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt nhập liệu:

Với

Qnl : Nhiệt lượng cần cung cấp, W
CPF : Nhiệt lượng riêng hỗn hợp nhập liệu, W
tFv, tFr : Nhiệt độ nhập liệu và ra khỏi thiết bị, 0C
Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ:
Nếu quá trình ngưng tụ không làm lạnh.

Qng = D.( R + 1).rD = G.C.(tr − tv ) + Qm

Nếu quá trình ngưng tụ có làm lạnh.

Qng = D.( R + 1).rD + D.( R + 1).CPD .(tSD − t D ) = G.C.(tr − tv ) + Qm
tv, tr : Nhiệt độ vào và ra của nước, 0C
G : Lưu lượng dòng giải nhiệt, kg/s
C : Nhiệt dung riêng của dòng nhập liệu, J/Kg.độ
TSD : Nhiệt độ sôi hỗn hợp sản phẩm đỉnh, 0C
Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh.
Làm lạnh sản phẩm đỉnh

QIID = D.CPD .(tSD − tD ) = G1.C.(tr − tv ) + Qm
Làm lạnh sản phẩm đáy

QIIw = D.CPw .(tSw − tw ) = G2 .C.(tr − tv ) + Qm

C PF , C PD , C PW :

nhiệt lượng riêng của nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy,

J/mol.độ.
8


t F , t D , tW

: nhiệt độ của nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, 0C.

rD : nhiệt hóa hơi của sản phẩm đỉnh, kJ/kmol
Cân bằng nhiệt lượng toàn tháp
QF +QK+QL0 = QD +QW +Qm +Qng

→ QK = QD + QW +Qm +Qng -QF-QL
QK: nhiệt lượng cung cấp cho nồi đun, W
Qm: nhiệt lượng mất mát do môi trường xung quanh (W). được lấy từ 5% đến 10%
nhiệt lượng cần cung cấp.
−

QF = F .C PF .t F

QF: nhiệt lượng do dòng nhập liệu mang vào, W

−

QD = D .C PD .t D

QD: nhiệt lượng do dòng sản phẩm đỉnh mang ra, W

_

QW = W .CPR .tW

QW: nhiệt lượng do dòng sản phẩm đáy mang ra, W

_

Qng = D .rD

Qng: nhiệt lượng trao đổi trong thiết bị ngưng tụ, W

QL0 : Nhiệt lượng do dòng hoàn lưu mang vào, W

QL0 = L0 .CPD .tD
 Tính toán lượng nhập liệu (Kg):
9


F = VF .vF .d1000 + VF .(1 − vF ).d H 2O
= 3 × 0.25 × 0.78075 + 3 × (1 − 0.25) × 0.99568
= 2.8125Kg

Với :

vF

: (%V) cồn

d1000

: Tỷ trọng của cồn 1000 ở nhiệt độ cần xét.

d H 2O

: Tỷ trọng của nước ở nhiệt độ cần xét.

Lượng nhập liệu F (mol/h)

F=
=

VF .vF .d1000 + VF .(1 − vF ).d H 2O
vF .M C2 H 5OH + (1 − vF ).M H 2O

3 × 0.25 × 0.78075 + 3 × 0.75 × 0.99568
= 0.1125( mol / h)
0.25 × 46 + 0.75 × 18

 Nồng độ nhập liệu (Kg/Kg)

xF =

VF .vF .d 1000
F

=

3 × 0.25 × 0.78075
= 0.2082( Kg / Kg )
2.8125

Nồng độ phần mol của nhập liệu:
xF
0.2082
MA
46
xF =
=
= 0.093(mol / mol )
0.2082
0.7918
x F 1 − xF
+

+
46
18
MA MB
 Tính toán lượng sản phẩm đỉnh (Kg):

D = VD .vD .d1000 + VD .(1 − vD ).d H 2O
Lượng sản phẩm đỉnh D (mol/h)

10


D=

VD .vD .d1000 + VD .(1 − vD ).d H2O
vD .M C2 H 5OH + (1 − vD ).M H 2O

 Nồng độ sản phẩm đỉnh (Kg/Kg)

xD =

VD .vD .d 1000
D

Nồng độ phần mol của sản phẩm đỉnh:
xD
MA
xD =
xD 1 − xD
+

MA MB
 Tính toán lượng sản phẩm đáy (Kg):

w = Vw .vw .d1000 + Vw .(1 − vw ).d H2O = mF − mD
Lượng sản phẩm đáy W (mol/h)

w= F− D
 Nồng độ sản phẩm đáy (Kg/Kg)

F .xF = D.xD + w.xw
⇒ xw =

F .xF − D.xD
w

 Tính toán Rmin :

Rmin

xD − yF* 0.694 − 0.42746
= *
=
= 0.8
yF − xF 0.42746 − 0.093

Hiệu suất thu hồi sản phẩm đỉnh:
%
H spD
=

xD .D
0.694 × 0.00539
× 100% =
× 100% = 35.75%
xF .F
0.093 × 0.1125

Tính toán cân bằng năng lượng:
11


TB
t
D
Từ bảng Kết quả thí nghiệm ta có
- nhiệt độ sản phẩm đỉnh trung bình cho trường hợp

R=1.5

TB
TB
t
= 77.48o C tFTB = 88.37o C tW
= 88.17o C
D
là:
;
;

Từ bảng 51- Số liệu cân bằng lỏng – hơi của một vài hỗn hợp hai cấu tử ở áp suất thường

trong tài liệu “Bảng tra cứu Quá trình cơ học Truyền nhiệt – Truyền khối” của Nhà xuất bản
Đại học quốc gia TP. Hồ Chí Minh, với

xF =0.093 ta có tSF = 86.94o C

tFTB + tSF 86.37 + 86.94
t=
=
= 86.66o C
2
2
Với

t = 86.66o C , độ rượu là 25% và bảng

(Bảng tra cứu) ta có:

CPC2 H5OH ≈ 3.971(kJ / kg.K)

CPH2O ≈ 4.214(kJ / kg.K )
CPF = xF .CPC2 H5OH + (1 − xF ).CPH2O = 0.2082 × 3.971 + (1 − 0.2082) × 4.214 = 4.163( kJ / kg.K)
Với cách tra tương tự như vậy ta cũng có được:

CPD

=3.371

(kJ / kg.K)

CPW

=4.162

(kJ / kg.K)

rD = 853.6(kJ / kg )
Nhiệt lượng do dòng nhập liệu mang vào:

Q F = F .CPF .t FTB =

2.8125 × 4.163 × 1000 × 80.24
= 261(W )
3600

Nhiệt lượng do dòng sản phẩm đỉnh mang ra:

Q D = D.CPD .t DTB =

0.23 × 3.371× 1000 × 77.48
= 16.68(W )
3600

Nhiệt lượng do dòng sản phẩm đáy mang ra:
12


Q W = W .CPW .t WTB =

2.5825 × 4.162 × 1000 × 88.17
= 263.24(W )

3600

Nhiệt lượng do dòng hoàn lưu mang vào:

Q Lo = Lo .rD = D.R.rD =

0.23 × 1.5 × 853.6 × 1000
= 81.8(W )
3600

Nhiệt lượng trao đổi trong thiết bị ngưng tụ:

Q ng = D.rD =

0.23 × 853.6 × 1000
= 54.53(W )
3600

Nhiệt lượng cung cấp cho nồi đun:

Q K = Q D + Q W + Q m + Q ng − Q F − Q Lo

Qm

( với

Qm

là nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh.

=5% lượng nhiệt cung cấp)

Q K = 16.68 + 263.24 + 0.05 × Q K + 54.53 − 261 − 81.8 = − 8.8(W )

13