Báo cáo thực hành chưng cất

BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HÀNH
BÀI 10: CHƯNG CẤT

Ngày thực hành:
Họ và tên: Nguyễn Thế Lực
Mssv: 14044831
Lớp: ĐHHO10A
Điềm

Lời phê của giáo viên

I. Mục đích:
Khảo sát và đánh giá sự ảnh hưởng của các thông số: chỉ số hồi lưu, nhiệt độ
(trạng thái) và vị trí mâm nhập liệu đến số mâm lý thuyết, hiệu suất quá trình chưng
cất và lượng nhiệt cần sử dụng.
Do thời gian hạn chế, bài thực hành này chỉ khảo sát giá trị chỉ số hồi lưu tại mâm
nhập liệu ở giữa.
II. Kết quả thí nghiệm:
Kết quả giá trị Rmin=1,67 (từ buổi 1 khi khảo sát mâm dưới cùng).
Chỉ số R
1.5Rmin
2Rmin
2.5Rmin
TN
1
R
2,505
VT mâm
2
xF(
30

tFv(
30
tSF(
84
F(ml/h)
10000
P(ml)
63,5
xP(
94
t(SP)(
76,6
t/g thu sản 22
phẩm
đỉnh
(ph)
tdlv(
29,7
tdlr(
30
III. Xử lí kết quả:
1. Công thức tính toán:
a. Độ rượu:
x (ml/h)

2
3,34
2
30
30

84
10000
64
94,5
76,4
21

3
4,18
2
30
30
84
10000
62
95
77
30

29,7
30

29,7
30


b.Nồng độ phần mol của etanol trong dung dịch:
c. Nồng độ khối lượng:
d.Số mol của etanol ():
(mol/h)

e.Số mol nước trong dung dịch ():
(mol/h)
f. Nồng độ khối lượng:
g. Lưu lượng mol:
(netanol()+nnước( (
h. Lưu lượng khối lượng:
F(g) (= netanol().Metanol+nnước(.Mnước
i. Cân bằng vật chất:
F=P+W
=> W=F-P
=>
Trong đó: F, P, W: suất lượng nhập liệu, sản phẩm đỉnh và s ản phẩm đáy,
kmol/h.
xF, xP, xW : Thành phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong nhập liệu, sản
phẩm đỉnh và sản phẩm đáy, mol/mol.
j. Phương trình làm việc phần cất:
Chỉ số hồi lưu:
R=
L0: lưu lượng dòng hoàn lưu.
P: lưu lượng dòng sản phẩm đỉnh.
Chỉ số hồi lưu thích hợp (R) được xác định thông qua chỉ s ố hồi l ưu tối
thiểu (Rmin) và được xác định theo phương trình sau: R=b.Rmin.
Phương trình làm việc phần cất:
y=
k. Phương trình làm việc phần chưng:
y=
f=: Tỉ lệ giữa lưu lượng hỗn hợp nhập liệu so với lưu lượng sản ph ẩm
đỉnh.
l. Cân bằng năng lượng:
 Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt nhập liệu:

Qnl=
Qnl: nhiệt lượng cần cung cấp để gia nhiệt nhập liệu, kW.
:lưu lượng khối lượng hỗn hợp nhập liệu, kg/s.
,: nhiệt độ nhập liệu vào và ra khỏi thiết bị,
: nhiệt mất mát ở thiết bị gia nhiệt nhập liệu,kW.
 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ:


Quá trình ngưng không làm lạnh:
Qng=
 Quá trình ngưng có làm lạnh:
Qng=
: lưu lượng khối lượng hỗn hợp sản phẩm đỉnh, kg/s.
rP:nhiệt hóa hơi của sản phẩm đỉnh, kJ/kg.
:nhiệt dung riêng hỗn hợp sản phẩm đỉnh, kJ/kg..
tv,tr: nhiệt độ vào và ra của nước, .
G: lưu lượng dòng giải nhiệt, kg/s.
C: nhiệt dungriêng của dòng giải nhiệt, J/kg..
tsp:nhiệt độ sôi hỗn hợp sản phẩm đỉnh, .
tP: nhiệt độ của sản phẩm đỉnh sa làm lạnh, kJ/kg.
: nhiệt mất mát ở thiết bị ngưng tụ.
 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh:
Làm lạnh sản phẩm đỉnh:
Qllp=
: lưu lượng khối lượng sản phẩm đỉnh,kg/s.
:nhiệt dung riêng của dòng sản phẩm đỉnh,kJ/k.độ.
: nhiệt độ sản phẩm đỉnh vào và ra khỏi thiết bị,.
G1:lưu lượng dòng giả nhiệt ở thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh, kg/s.
C1: nhiệt dung riêng dòng giải nhiệt ở thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh,
J/kg.độ.

: nhiệt độ vào và ra của nước ở thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh,.
: nhiệt mất mát ở thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh, kW.
 Cân bằng nhiệt toàn tháp:
QF + QK + QL0 = QP + QW + Qm + Qng
=> QK = QP + QW + Qm+ Qng -QF - QL0
Trong đó : QK: Nhiệt lượng cung cấp cho nồi đun, kW.
Qm: Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh và thường
được lấy gần bằng khoảng 5% đến 10% nhiệt lượng cung cấp,
kW.
QF: Nhiệt lượng do dòng nhập liệu mang vào , kW.
QF = . CPF . tF
QP: Nhiệt lượng do dòng sản phẩm đỉnh mang ra, kW.
QP = . CPp . tP
QW: Nhiệt lượng do dòng sản phẩm đáy mang ra, kW.
QW = . CPW . tW
Qng: Nhiệt lượng trao đổi trong thiết bị ngưng tụ, kW.
Qng = . rP
Ql0 : Nhiệt lượng do dòng hoàn lưu mang vào, kW.
Ql0 = . CPp . tP
R=  L0 = P . R (mol/h)
= x . L0 Metanol + (1 - x). L0. Mnước


2. Kết quả xử lí:


a. Đối với nhập liệu:
(

(mol/mol)

(g/g)
(

30
3000
51,45
388,88
0,117
0,252
440,33

F(g) (

9366,54

(mol/h)

b. Đối với dòng sản phẩm:
R
2,505
(
94
173,18
162,8
(mol/h)
2,8
0,577
(mol/mol)
0,83
(g/g)

0,925
(
3,377

3,34
94,5
182,85
172,8
2,96
0,558
0,84
0,931
3,518

4,18
95
124
117,8
2,02
0,344
0,85
0,937
2,364

P(g) (

139,186

146,204

99,112

W(g/h)

9227,354

9220,336

9267,428

W(mol/h)

436,953

436,812

437,966

(kg/kg)

0,242

0,241

0,244

0,1114

0,1111

0,113

0,289

0,288

0,292

()

c. Xác định số mâm lí thuyết:
 Phương trình làm việc phần cất:
• Với R=1,5Rmin=2,505
y=0,714x+0,2368
• Với R=2Rmin=3,34
y=0,769x+0,1935
• Với R=2,5Rmin=4,18
y=0,807x+0,1640
 Phương trình làm việc phần chưng:
• Với R=1,5Rmin=2,505
f=130,4
y=37,918x-4,1127
• Với R=2Rmin=3,34
f=125,16
y=29,608x-3,1783
• Với R=2,5Rmin=4,18


f=186,26
y=36,7644x-4,0413

d. Cân bằng năng lượng:
 Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt nhập liệu:
Ở t=30: rượu 40 có =2982,5 J/kg.độ
rượu 20 có = 3871,5 J/kg.độ
Nội suy ra rượu 30 có có = 3427 J/kg.độ
Ở t=84: rượu 30 có = 3900 J/kg.độ
Nhiệt dung riêng trung bình (30-84):3663,5 J/kg.độ
Qnl==1852,97kJ/h=0,514 kW (=0)
Giá trị này giống nhau cho 3 trường hợp.
 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ:
Quá trình ngưng có làm lạnh:
Qng=
R
CPp
CPw
(kJ/kg.độ)
(kJ/kg.độ)

rP
(kJ/kg)

2,505

2,6258

3,788

956,97

3,34

2,6156

3,789

948,26

4,18

2,6071

3,784

939,55

Cp = C1 . + C2. (1 -)
CP: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp (kJ/kg.độ).
C1, C2 : Lần lượt là nhiệt dung riêng của etanol, nước. (kJ/kg.độ).
C1=2500 J/kg.độ
C2=4200 J/kg.độ
rP=r1 + (1-).r2
r1, r2: Lần lượt là nhiệt hóa hơi của etanol, nước. (J/kg)
r1=848,075.103 J/kg
r2= 2,3.106 J/kg
Q
R

Qng (kW)

2,505

0,037

3,34

0,038


4,18



0,0258

Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh:
Làm lạnh sản phẩm đỉnh:
Qllp= (
R
CPp
(kJ/kg.độ)
2,505
2,6258

CPw
(kJ/kg.độ)
3,788

3,34

2,6156

3,789

4,18

2,6071

3,784

Cp = C1 . + C2. (1 -)
C1, C2 : Lần lượt là nhiệt dung riêng của etanol, nước. (kJ/kg.độ).
Ta có:
R
Qllp (kW)
Qllw (kW)



R

2,505

0,00473

0,541

3,34

0,00493

0,547

4,18

0,00337

0,562

Cân bằng nhiệt toàn tháp:
QF + QK + QL0 = QP + QW + Qm + Qng
=> QK = QP + QW + Qm+ Qng -QF - QL0
2,505
3,34

4,18

L0 (mol/h)

8,46

11,75

9,88

(g/s)

0,06862

0,09165

0,07860

QF (kW)

QP (kW)

QW (kW)

Qng (kW)

QL0 (kW)

QK (kW)

2,505

0,2675

0,00304

0,8369

0,037

0,0138

0,627

3,34

0,2675

0,00318

0,8384

0,038

0,0183

0,625

4,18

0,2675

0,00215

0,8445

0,0258

0,0229

0,612

R

Q

III. Đồ thị:
1. Đồ thị các đường nồng độ làm việc:
a. Trường hợp R=1,5Rmin

=> 14 mâm.
b. Trường hợp R=2Rmin:


=> 15mâm.
c. Trường hợp R=2,5Rmin:


=>15 mâm.
2. Bàn luận:

Nhận xét:
 Về sự biến đổi nồng độ sản phẩm theo chỉ số hồi lưu.
Ta thấy nồng độ sản phẩm đỉnh tỉ lệ thuận với chỉ số hồi lưu theo một phương
trình đường thẳng: R = 83,75xw - 67,008
=> xw=
Giá trị chỉ số hồi lưu tăng thì khi đó đường làm việc sẽ tiến lại gần đường R=. Khi
đó động lực của quá trình sẽ tăng lên, số mâm sẽ ít lại.
 Về sự phụ thuộc của nhiệt lượng nồi đun vào chỉ số hồi lưu: nhiệt lượng cần
cung cấp cho quá trình tỉ lệ nghịch với chỉ số hồi lưu. R càng lớn thì động
lực của quá trình càng tăng thì năng lượng cần thiết sẽ giảm và ngược lai.
 Về sự biến đổi của nhiệt lượng của thiết bị gia nhiệt:
Nhiệt lượng không đổi do nhiệt độ dòng nhập liệu, dòng ra có cùng giá trị ,
lưu lượng không đổi cho cả ba giá trị tỉ số hồi lưu.
 Nhận xét về kết quả thí nghiệm:

• Khi R tăng thì lưu lượng dòng sản phẩm đỉnh giảm. Tuy nhiên giá trị lưu
lượng P2(ml/h) ở R=2Rmin lại lớn hơn P1 (ml/h) ở R=1,5Rmin (trong đó
P3- Trong trường hợp này ta có lưu lượng mol nước giảm dần => hợp lí.


Và lưu lượng mol etanol lần lượt như sau : <
Do đó chính sự thay đổi lưu lượng etanol không hợp lí này là nguyên nhân
dẫn đến sai khác trong quá trình thay đổi lưu lượng P(ml/h).
- Ngoài ra còn có thể do:
+ Canh thời gian không đúng.
+ Không có thời gian đợi cho thiết bị ổn định.
+ Thao tác không đúng.
• Các thông số còn lại khá hợp lí.
• Nhận thấy tùy thuộc vào yêu cầu và mục đích mà lựa chọn các thông số cho
thích hợp. Để có nồng độ sản phẩm cao thì chọn tỉ số hồi lưu lớn.