Chưng cất gián đoạn Thực tập quá trình thiết bị

MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC

...............................................................................................................i

DANH SÁCH BẢNG ..................................................................................................... ii
DANH SÁCH HÌNH ..................................................................................................... iii
CHƯƠNG 1:

SỐ LIỆU VÀ TÍNH TOÁN .................................................................1

1.1. Số liệu thí nghiệm .............................................................................................. 1
1.2. Tính toán ............................................................................................................1
1.2.1.

Tính lượng sản phẩm đỉnh và đáy thu được ............................................1

1.2.2.

Vẽ đồ thị chưng cất của R = 3/2 và R=2/3 ..............................................3

CHƯƠNG 2:

NHẬN XÉT ..........................................................................................9

Phạm Hồng Chương

Trang i

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1-1. Kết quả thí nghiệm chưng cất .........................................................................1
Bảng 1-2. Thông số ở thiết bị ngưng tụ ...........................................................................1
Bảng 1-3. Chuyển đổi độ rượu về nhiệt độ 20oC ............................................................1
Bảng 1-4. Suất lượng mol và phân mol của nhập liệu, đỉnh và đáy................................ 2
Bảng 1-5. Nhiệt lượng .....................................................................................................3
Bảng 1-6. Tỉ số hoàn lưu tổng .........................................................................................3
Bảng 1-7. Phương trình đường cất ..................................................................................4
Bảng 1-8. Các điểm cân bằng lỏng-hơi ...........................................................................4
Bảng 1-9. Mâm lý thuyết và hiệu suất mâm tổng quát ứng với 2 lần chưng cất.............4

Phạm Hồng Chương

Trang ii


DANH SÁCH HÌNH
Hình 1-1. Biều đồ mâm chưng cất của thí nghiệm R = 1.5 .............................................5
Hình 1-2. Biểu đồ mâm chưng cất của thí nghiệm R = 1.5 .............................................6
Hình 1-3. Biểu đồ mâm chưng cất của thí nghiệm R = 0.666666667 .............................7
Hình 1-4. Biểu đồ mâm chưng cất của thí nghiệm R = 0.666666667 .............................8

Phạm Hồng Chương

Trang iii


CHƯƠNG 1: SỐ LIỆU VÀ TÍNH TOÁN
1.1. Số liệu thí nghiệm
Thời gian thí nghiệm khoảng 2.5h/ 1 thí nghiệm

Bảng 1-1. Kết quả thí nghiệm chưng cất

Nhập liệu
R=3/2 Nhiệt độ (oC) 30
Độ rượu

49

R=2/3 Nhiệt độ (oC) 28
Độ rượu

48

Sản phẩm đáy

Sản phẩm đỉnh

Nhiệt độ (oC) 30

Nhiệt độ (oC)

32

Độ rượu

Độ rượu

98.8

Nhiệt độ (oC) 29

Nhiệt độ (oC)

29.5

Độ rượu

Độ rượu

99

47.5

47.5

Bảng 1-2. Thông số ở thiết bị ngưng tụ

Thông số

R=3/2

R=2/3

Nhiệt độ nước vào (oC)

28.9

28.7

Nhiệt độ nước ra (oC)

30.1

29.5

Lưu lượng nước (L/h)

70

70

1.2. Tính toán
Chuyển đổi độ rượu về nhiệt độ 20oC.
Tra bảng Correction Table for an Alcoholometer Calibrated at 20oC (Draft 1 by
Geoff Redman)
Bảng 1-3. Chuyển đổi độ rượu về nhiệt độ 20oC

Nhiệt độ

Độ rượu

Nhiệt độ

Độ rượu

30

49

20

44.9

30

47.5

20

43.3

Sản phẩm đỉnh 32

98.8

20

96.1

28

48

20

44.7

29

47.5

20

43.7

99

20

96.8

R=3/2 Nhập liệu
Sản phẩm đáy

R=2/3 Nhập liệu
Sản phẩm đáy

Sản phẩm đỉnh 29.5

1.2.1. Tính lượng sản phẩm đỉnh và đáy thu được
Từ bảng Khối lượng riêng của nước phụ thuộc vào nhiệt đô, ta dựng được phương
trình:
y = -0.0059x2 + 0.0339x + 999.95
Với nhiệt độ t=20oC, ta có:
Phạm Hồng Chương

Trang 1


Số liệu và tính toán

𝑘𝑔
= 0.99827 𝑔/𝑚𝐿
𝑚3
Và tra bảng Khối lượng riêng của rượu etylic nguyên chất ở 20oC, ta có:
𝑘𝑔
𝜌𝑅 = 789 3 = 0.789 𝑔/𝑚𝐿
𝑚
Tính các giá trị xF, xW, xD dựa vào công thức chuyển đổi độ rượu (a) ra phần
mol (x):
1
x=
 MR  1 − a 
1+ N
 R M N  a 
𝜌𝑁 = 998.27

Trong đó:
a: độ rượu
x: phần mol
ρ N , ρ R : khối lượng riêng của nước và rượu
MN, MR: khối lượng phân tử của nước và rượu
Khối lượng phân tử trung bình nhập liệu
MTB = Mrượu  xF + Mnước  (1- xF)
Khối lượng của hỗn hợp nhập liệu
mnl = mr + mn = 5  a  r + 5  (1 − a)  n
Tính F, W, D dựa vào phương trình cân bằng vật chất:

F =

mnl
M TB

F
W
D
=
=
x D -x w x D -x F x F -x w
F: lượng nhập liệu ban đầu (Kmol)
D: lượng sản phẩm đỉnh (Kmol)
W: lượng sản phẩm đáy thu được (Kmol)
Bảng 1-4. Suất lượng mol và phân mol của nhập liệu, đỉnh và đáy

Nhập liệu (F)

Sp đáy (W)

Sp đỉnh (D)

0.2013

0.1911

0.8840

Suất lượng mol
0.1913
(Kmol)

0.1885

0.0028

Nhập liệu (F)

Sp đáy (W)

Sp đỉnh (D)

0.2000

0.1936

0.9034

Suất lượng mol
0.1917
(Kmol)

0.1899

0.0017

R=1.5
x

R=0.6667
x

Phạm Hồng Chương

Trang 2


Số liệu và tính toán

Tính cân bằng năng lượng và tỉ số hoàn lưu cục bộ
 m3 
 Jun 
QC =t (ñoä) × F 
× C 3

 × time (h) (Jun)
 h 
 m  ñoä 


Thời gian ngưng tụ 1h => time = 1
𝐽𝑢𝑛
QR: Nhiệt cung cấp cho nồi đun = 440 ( ) * 2.5 * 3600 = 3960000 (Jun)
𝑠

F: lượng nước qua thiết bị ngưng tụ
C: nhiệt dung riêng của nước
 Jun 
(đẳng tích = (1.1024+0.0002498*tTB) * 1000  3
)
m


ñoä


t: chênh lệch nhiệt độ của nước khi vào và ra khỏi thiết bị ngưng tụ.
rR, rN: ẩn nhiệt hoá hơi của rượu etylic và nước ở 83OC
rR = 39551352 Jun/Kmol
rN = 41439600 Jun/Kmol
Qi = Q R – Q C
Bảng 1-5. Nhiệt lượng

Ri =

R = 1.5

R = 2/3

Qi (jun)

3959907

3959938

QC (jun)

93

62

Qi

x D  D  rR + (1 − x D )  D  rN
Bảng 1-6. Tỉ số hoàn lưu tổng

R = 1.5

R = 2/3

Ri

35.2

57.6

Rt

36.7

58.3

1.2.2. Vẽ đồ thị chưng cất của R = 3/2 và R=2/3
Phương trình đường cất:
R
1
y = T x+
x
RT + 1
RT + 1 D

D (y = x D , x D )
 xD


,0 
 RT + 1 

C 

Phạm Hồng Chương

Trang 3


Số liệu và tính toán
Bảng 1-7. Phương trình đường cất

R = 1.5

R = 2/3

y = 0.973505419x + 0.023421266

y = 0.983124585x + 0.015245816

Vẽ đường 45 độ
Vẽ đường cân bằng lỏng hơi bằng cách hồi quy ra phương trình bậc 6 từ các điểm
cân bằng lỏng hơi:
Bảng 1-8. Các điểm cân bằng lỏng-hơi

x 0.05

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

y 0.332 0.442 0.531 0.576 0.614 0.654 0.699 0.753 0.818 0.898

1

y = -50.019*x6 + 168.99*x5 - 223.04*x4 + 145.72*x3 - 48.849*x2 + 8.1967*x
Hiệu suất mâm tổng quát:
E=

𝑆ố 𝑚â𝑚 𝑙ý 𝑡ℎ𝑢𝑦ế𝑡
𝑆ố 𝑚â𝑚 𝑡ℎự𝑐 𝑡ế

x 100

Với số mâm thực tế của cột là 7
Bảng 1-9. Mâm lý thuyết và hiệu suất mâm tổng quát ứng với 2 lần chưng cất

R = 3/2

R=2/3

Số mâm lý thuyết (mâm)

36

39

E (%)

514

557

Phạm Hồng Chương

Trang 4


Số liệu và tính toán

0.7

0.6

y

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0
0

0.1

0.2

0.3

x

0.4

0.5

0.6

0.7

Hình 1-1. Biều đồ mâm chưng cất của thí nghiệm R = 1.5

Phạm Hồng Chương

Trang 5


Số liệu và tính toán

0.89

0.87

y

0.85

0.83

0.81

0.79

0.77
0.77

x

0.87

Hình 1-2. Biểu đồ mâm chưng cất của thí nghiệm R = 1.5

Phạm Hồng Chương

Trang 6


Số liệu và tính toán

0.77

0.67

0.57

y

0.47

0.37

0.27

0.17

0.07

-0.03

0.07

0.17

0.27

0.37
x

0.47

0.57

0.67

0.77

Hình 1-3. Biểu đồ mâm chưng cất của thí nghiệm R = 0.666666667

Phạm Hồng Chương

Trang 7


Số liệu và tính toán

0.91

0.89

0.87

y

0.85

0.83

0.81

0.79

0.77
0.77

x

0.87

Hình 1-4. Biểu đồ mâm chưng cất của thí nghiệm R = 0.666666667

Phạm Hồng Chương

Trang 8


CHƯƠNG 2: NHẬN XÉT
✓ Hiệu suất mâm tổng quát lên đến hơn 500% so với lý thuyết là bình thường vì số

mâm lý thuyết có thể khác xa so với số mâm thực tế. Vì nồng độ sản phẩm đỉnh
phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác ngoài mâm (mâm lý thuyết) như độ lôi cuốn
chất lỏng, nhiệt độ thất thoát theo chiều dài tháp.
✓ Việc nồng độ sản phẩm đỉnh ở lần chưng cất sau, với tỉ số hoàn lưu nhỏ hơn, lớn
hơn lần chưng cất đầu vì:
1. Nơi xảy ra sự hoàn lưu không tốt, những giọt lỏng rơi xuống không bị hoàn
lưu liền mà nằm ở vũng sâu hơn miệng ống hoàn lưu tới khi đủ nhiều mới
hoàn lưu. Khi lấy sản phẩm đỉnh thì vũng đó sẽ chạy xuống sản phẩm đỉnh.
Nên việc điều chỉnh R không ảnh hưởng lớn.
2. Việc chưng cất với R nhỏ sau R lớn mà không rửa tháp thì trên mâm còn
chứa rất nhiều pha lỏng của lần trước, pha lỏng đó chứa nồng độ ethanol
cao dần theo tháp (gần như rất cao). Nên đó là bàn đạp thúc đẩy việc tăng
nồng độ sản phẩm đỉnh
✓ Khi chất lỏng để lại một lớp trong dòng chảy của nó xuống, nó phải ở trạng thái
cân bằng với hơi bốc lên từ cùng một đĩa thì hơi không thể đi lên bằng đường
chảy chuyển. Hiện tượng ngập lụt chấm dứt.
✓ Độ dài của cột (số lượng các giai đoạn) sẽ rất lớn khi nồng độ sản phẩm mong
muốn tiếp cận azeotrope (95,6% khi chưng với điều kiện thường).

Phạm Hồng Chương

Trang 9