Giải bài tập Quá trình phân riêng chương 3, thầy Bảo Việt, ĐH Nông lâm

Bài tập chương 3
Cho hỗn hợp benzen (60%) – toluen (40%) với lưu lượng 204 kmol/h tiến vào tháp chưng cất để
thu được 95% benzen (đỉnh tháp) và 5% benzen (đáy tháp). Thành phần của pha hơi trong nhập
liệu bằng đúng tỉ lệ giữa dòng sản phẩm (D) và dòng nhập liệu (F).
Cho dữ liệu về cân bằng lỏng hơi của benzen – toluen tại 1 atm:

Hãy tính:
a/ Số mâm tối thiểu trong tháp
b/ Tỉ số hoàn lưu tối thiểu
c/ Nếu R/Rmin = 1.3, tính số mâm trong tháp và vị trí nhập liệu tối ưu
d/ Tính lại câu c nếu biết độ nhớt hỗn hợp là 0.6 cP
Solution:
Từ dữ liệu ban đầu ta có:
Dịng nhập liệu F = 204 kmol/h và xF = 0.6
Chất lượng sản phẩm đỉnh tháp: xD = 0.95
Tồn dư trong đáy tháp xB = 0.05
Câu a: Trước tiên, từ dữ liệu thực nghiệm, vẽ đường cân bằng lỏng hơi (equilibrium curve). Sau
đó vẽ đường 45°. Số mâm tối thiểu trong tháp là số mâm giữa đường cân bằng và đường 45°,
khoảng 7 mâm.


Câu b:
Dựa theo đề bài ta có VF/F = D/F
Mà D = F.(xF-xB)/(xD-xB) = 124.67 kmol/h
Vì vậy thành phần pha hơi trong nhập liệu là VF = 124.67 kmol/h
Thành phần pha lỏng trong nhập liệu là LF = F - VF = 79.33 kmol/h
Hệ số q = LF/F = 0.389
 q   xF 
 x  
  0.637 x  0.982
Từ đó ta vẽ đường nhập liệu: y  

 q 1  q 1
bằng cách nối điểm xF trên đường 45° với điểm 0.982 trên trục tung (x=0).

Vẽ đường nhập liệu q-line và giao cắt với đường cân bằng tại điểm P. Nối điểm xD (trên đường
45° với P ta có đường làm việc của phần đỉnh tháp theo Rmin). Đường thẳng này sẽ cắt trục tung
(trục y) tại điểm 0.4.
L
D
 R   1 
Theo phương trình làm việc của phần đỉnh tháp: y  x  xD  
x  
 xD
V
V
 R 1  R 1
Vì vậy tại giá trị x = 0 (trục tung) thì y = xD/(Rmin+1) = 0.4.
Như vậy, Rmin = (0.95/0.4) – 1 = 1.38


Câu c:
R = 1.3 Rmin = 1.79
Vậy điểm giao cắt mới giữa trục tung (trục y) và đường làm việc đỉnh tháp là: xD/(R+1) = 0.34
Vẽ đường làm việc mới bằng cách nối điểm 0.34 trên trục tung và điểm xD trên đường 45°.
Vẽ số mâm giữa đường làm việc và đường cân bằng ta thu được 14 mâm. Vị trí nhập liệu tối ưu
là mâm 7.

Câu d:
Theo phương pháp Drickamer, hiệu suất tháp mâm là:
E0 = 13.3 – 66.8 log(μ) = 28.12%
Vậy số mâm thực tế nên là 14/0.28 = 50 mâm