CHƯNG CẤT TT QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CNHH CTU

MỤC LỤC
MỤC LỤC...................................................................................1
BÀI 6 CHƯNG CẤT GIÁN ĐOẠN.............................................2
I.

KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:...................................................................................2

II.

TÍNH TỐN:........................................................................................................3

1.

Trường hợp 1: tỉ số hồn lưu R=1..........................................................3

2.

Trường hợp 2: tỉ số hoàn lưu R=2..........................................................6

III. BÀN LUẬN..........................................................................................................9

TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................10


BÀI 6 CHƯNG CẤT GIÁN ĐOẠN
I.

KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:
Bảng 1: Kết quả thí nghiệm chưng cất gián đoạn
Nhập liệu
R

=1

R
=2

Sản phẩm
đáy
R
R
=1
=2

Sản phẩm
đỉnh
R
R
=1
=2

Nhiệt độ

30

30

35

35

33

30

Độ rượu

40

40

32

39

94

96

Bảng 2: Kết quả thí nghiệm chưng cất gián đoạn
Thông số
Nhiệt độ nước vào (oC)
Nhiệt độ nước ra (oC)
Lưu lượng nước (L/h)
Lưu lượng nước (kg/h)
Khối lượng riêng của nước
ở nhiệt độ trung bình (kg/m3)

R=
1
30.
4

32.
5
75
74.
622
995
.23

R=2
30.4
32
75
74.648
995.31


CBHD: TS. Lương Huỳnh Vủ Thanh

Bảng 3: Bảng chuyển đổi độ rượu về 20oC (% thể tích)[4]
Nhập liệu
R
=1
Nhiệt độ
Độ rượu
trên phù kế
Độ rượu
chuyển đổi về
20oC
II.

5

R
=2

Sản phẩm
đáy
R
R
=1
=2

Sản phẩm
đỉnh
R
R
=1
=2

30

30

35

35

33

30

40

40

32

39

94

96

35.

35.

25.

32.

91.

93.

5

9

5

1

9

TÍNH TỐN:
1. Trường hợp 1: tỉ số hồn lưu R=1
a. Tính tốn lượng sản phẩm đỉnh và đáy thu được:
Khối lượng riêng của nước ở 20ºC: 998.23 kg/m3
Khối lượng riêng của rượu tinh khiết ở 20ºC: 789 kg/m3
(Trích: “Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1, trang 12”).
Cơng thức chuyển đổi từ độ rượu sang phần mol của rượu (a là độ rượu):

Công thức chuyển từ phần mol sang phần khối lượng:

Khối lượng phân tử trung bình của hỗn hợp:

Cơng thức xác định khối lượng riêng hỗn hợp:

Suất lượng mol dòng nhập liệu:

(Với V là lưu luợng nhập liệu – L/h)
Ta có phương trình:

SVTH:Nguyễn Thanh Hồi

Trang 3


Suy ra:

b. Tính tỉ số hồn lưu cục bộ, tỉ số hoàn lưu toàn phần:
Nhiệt cung cấp cho thiết bị nồi đun:

Nhiệt cung cấp cho thiết bị ngưng tụ tại nhiệt độ trung bình:

Tại 31.45oC ta có N= ;Tra bảng “Nhiêt dung riêng của một số chất lỏng phụ
thuộc vào nhiệt độ, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1, Trang 171,172”
với 31.45oC được giá trị nhiệt dung riêng của nước C=4177.14 J/kg

– = 1145.24
Khối lượng dịng sản phẩm đỉnh:
mD = D.Mhh = × [0.76×46 + (1 - 0.76)×18]} = 0.621 kg/h
Ẩn nhiệt hóa hơi của nước: rN = 540 kcal/kg= 2260.872 kJ/kg
Ẩn nhiệt hóa hơi của rượu: rR = 206.4 kcal/kg= 864.156 kJ/kg
(Tra “Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1, Trang 253,254”).
Tỉ số hoàn lưu cục bộ:

Tỉ số hoàn lưu tổng: RT = R + Ri = 1+ 1.24 = 2.24
c. Vẽ đồ thị (x, y). Vẽ đường làm việc phần cất. Vẽ đường bậc thang suy ra số
đĩa lý thuyết:
Bảng cân bằng pha lỏng – hơi của rượu – nước:
x 0
y 0

0
.05

0
.1

0
.332

0
.2

0
.442

0
.3

0
.531

0
.4

0
.576

0
.5

0
.614

0
.6

0
.654

0
.7

0
.699

0
.8

0
.753

0
.9

0
.818

0
.898

1
1


CBHD: TS. Lương Huỳnh Vủ Thanh

Phương trình đường làm việc đoạn cất có dạng :
Điểm W
0.098
0.098

x=
y=

Điểm F
0.145
0.334815

Điểm D
0.76
0.76

Điểm R
0
0.234567901

Giản đồ Mc Cabe - Thiele
1.20
1.00

f(x) = - 50.02x^6 + 168.99x^5 - 223.04x^4 + 145.72x^3 - 48.85x^2 + 8.2x
R² = 1

0.80

0.76

0.60
0.40

0.33

0.23
0.20

0.1
0.00
0.00

0.20

0.40
đường cân bằng
W
D
đường 45
1
3
5
7
9
11
1.1
2.1
3.1

0.60

0.80

1.00

1.20

Polynomial (đường cân bằng)
F
R
đường cất
2+Sheet2!$G$27:$G$28
4
6
8
10
12
1.2
2.2

Hình 1: Đồ thị xác định số mâm lý thuyết
Từ đồ thị suy ra số bậc thang là 5
d. Tính hiệu suất tổng quát của tháp:

SVTH:Nguyễn Thanh Hoài

Trang 5

2. Trường hợp 2: tỉ số hồn lưu R=2
a. Tính toán lượng sản phẩm đỉnh và đáy thu được:
Chọn căn bản tính trong 1 giờ
Khối lượng riêng của nước ở 20ºC: 998.23 kg/m3
Khối lượng riêng của rượu tinh khiết ở 20ºC: 789 kg/m3
Suất lượng mol dịng nhập liệu:

Ta có phương trình:

Suy ra:

b. Tính tỉ số hồn lưu cục bộ, tỉ số hoàn lưu toàn phần:
Nhiệt cung cấp cho thiết bị nồi đun:

Nhiệt cung cấp cho thiết bị ngưng tụ tại nhiệt độ trung bình:

Tại 31.2oC ta có N= 995.31 ;Tra bảng “Nhiêt dung riêng của một số chất lỏng
phụ thuộc vào nhiệt độ, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1, Trang
171,172” với 31.2oC được giá trị nhiệt dung riêng của nước C=4177.2 J/kg

Khối lượng dòng sản phẩm đỉnh:
mD = D.Mhh = × [×46 + (1 – )×18]}= 0.197 kg/h
Ẩn nhiệt hóa hơi của nước: rN = 540 kcal/kg= 2260.872 kJ/kg
Ẩn nhiệt hóa hơi của rượu: rR = 206.4 kcal/kg= 864.156 kJ/kg
(Tra “Sổ tay quá trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1, Trang 253,254”).
Tỉ số hoàn lưu cục bộ:


CBHD: TS. Lương Huỳnh Vủ Thanh

Tỉ số hoàn lưu tổng: RT = R + Ri = 2 + 4.88 = 6.88
c. Vẽ đồ thị (x, y). Vẽ đường làm việc phần cất. Vẽ đường bậc thang suy ra số
đĩa lý thuyết:
Bảng cân bằng pha lỏng – hơi của rượu – nước:
x 0
y 0

0
.05

0

0

.1
0

.332

.2
0

.442

0
.3

0
.531

0
.4

0
.576

0

0

.5
0

.614

.6
0

.654

0

0

.7
0

.699

.8
0

.753

0
.9

0
.818

0
.898

1
1

Phương trình đường làm việc đoạn cất có dạng :
Điểm W
0.13
0.13

x=
y=

Điểm F
0.145
0.231421

Điểm D

0.826
0.826

Điểm R
0
0.104822335

Giản đồ Mc Cabe - T hiele
1.20
1.00
0.80

f(x) = - 50.02x^6 + 168.99x^5 - 223.04x^4 + 145.72x^3 - 48.85x^2 + 8.2x
R² = 1
0.83

0.60
0.40
0.200.1
0.00
0.00

0.23
0.13
0.20

0.40
đường cân bằng
W
D

đường 45
1
3
5
7
9
11
1.1
2.1
3.1
14

SVTH:Nguyễn Thanh Hoài

0.60

0.80

1.00

1.20

Polynomial (đường cân bằng)
F
R
đường cất
2+Sheet2!$G$27:$G$28
4
6
8

10
12
1.2
2.2
13
15

Trang 7


Hình 2: Đồ thị xác định số mâm lý thuyết
Từ hình suy ra số bậc thang là 6.
d. Tính hiệu suất tổng quát của tháp:
III.

BÀN LUẬN

Hỗn hợp ethanol 40 độ được đưa vào nồi đun (C1), được điện trở (J1) cấp nhiệt
500W. Sensor nhiệt độ TI1 thể hiện nhiệt độ của nồi đun, các sensor TI2, TI3, TI4 nằm
ở các đoạn của tháp chưng cất. Thời điểm sensor TI1 khoảng 40-50 0C, trong nồi đun
xuất hiện các bong bóng khí, dịng khí bắt đầu xuất hiện, di chuyển với vận tốc bé.
Thời điểm sensor TI1 đạt khoảng 840C, nhiệt độ sensor TI3 bắt đầu tăng nhanh từ vọt
từ 320C lên đến 700C, lúc này nồi đun C1 sôi mạnh, bong bóng xuất hiện nhiều, dịng
khí di chuyển với vận tốc tăng mạnh. Mở van V10 cho nước vào vào để ngưng tụ, làm
lạnh, bật R và chỉnh thời gian đóng-mở phù hợp. Nhiệt độ nước vào TI5 chênh lệch
với nước ra TI6 sau khí qua thiết bị ngưng tụ khơng lớn nên nó được tiếp tục dùng làm
lạnh để thu sản phẩm đỉnh. Đợi thiết bị ổn định nhiệt độ, lượng sản phẩm đỉnh đủ để
xác định thì tắt hệ thống và thu sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy.
Trong quá trình thí nghiệm có xảy ra hiện tượng ngập lụt, để giải quyết trường
hợp này ta có thể giảm nhiệt lượng đun, tắt hệ thống đun hoặc mở van xả áp trên

tháp(trường hợp này hạn chế sử dụng), trong bài ta chọn phương án tắt hệ thống đun
khoảng 5p cho hiện tượng ngập lụt mất đi.
Dịng lỏng hồn lưu đi xuống gặp dịng hơi nóng đi lên, q trình trao đổi nhiệt
diễn ra: cấu tử khó bay hơi sẽ ngưng thành lỏng, cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi tăng
lên. Lượng hơi sau tiếp xúc có nồng độ etanol cao hơn, nồng độ cấu tử nước giảm đi.
Đây là quá trình truyền khối xảy ra trên mâm, mỗi khi lượng hơi đi qua 1 mâm, nồng
độ etanol lại tăng lên. Do đó, nồng độ sản phẩm đỉnh phụ thuộc vào số lượng mâm
trong tháp và tỷ số hoàn lưu. Số mâm là cố định vậy nên nồng độ sản phẩm đỉnh phụ
thuộc vào tỷ số hoàn lưu. Ở trường hợp R=1 ta thu được sản phẩm có độ rượu 91.1 (ở
điều kiện chuẩn 200C), với trường hợp R=2 ta thu được sản phẩm có độ rượu 93.9 (ở
điều kiện chuẩn 200C). Có thể thấy khi tăng tỉ số hồn lưu thì nồng độ sản phẩm đỉnh
tăng.
Vậy nếu ta chọn một chỉ số hồn lưu lớn cho thiết bị thì sao?
Cơng thức tỷ số hồn lưu: R =
Theo cơng thức trên ta thấy tỷ số hoàn lưu tỉ lệ thuận với lưu lượng hồn lưu L,
nên khi R tăng thì L tăng, vì thế lượng sản phẩm thực thu được (D – L) giảm dẫn đến
năng suất giảm, đồng thời thiết bị tiêu tốn nhiều công suất hơn. Tuy nhiên, khi tăng tỷ
số hồn lưu R thì hiệu suất của quá trình chưng cất tăng.


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Trần Xoa và tập thể tác giả, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1,
NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội
2. Phan Văn Thơm, Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất và chế biến thực phẩm đa
dụng, 2011, NXB Đại học Cần Thơ.
3. Vũ Bá Minh và Hoàng Minh Nam, 2004. Q trình và thiết bị trong cơng nghệ
hóa học Tập 2: Cơ học vật liệu rời, NXB Đại học Quốc gia TP.HCM, 265 trang.

4. Elettronica Veneta and InEL S.P.A, 2002. Batch distillation pilot plant.
User’s Handbook.

Trang 9