BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM MÔN THỰC HÀNH KỸ THUẬT THỰC PHẨM BÀI BÁO CÁO CHƯNG CẤT GVHD Mạc Xuân Hòa Sinh Viên Thực Hiện Huỳnh Tấn Phú 2005181215 Tp HCM, ngày 28 tháng 10 năm 2020 1 MỤC LỤC 1 Mục tiêu thực hành 2 2 Cơ sở lý thuyết 2 2 1 Mô hình mâm lý thuyết 2 2 2 Hiệu suất 2 2 3 Mối quan hệ giữa hiệu suất mâm Murphree và hiệu suất mâm tổng quát 3 2 4 Sơ đồ nguyên lý thiết bị 4 3 Phương pháp thí nghiệm 4 3.
BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM MÔN: THỰC HÀNH KỸ THUẬT THỰC PHẨM BÀI BÁO CÁO: CHƯNG CẤT GVHD: Mạc Xuân Hòa Sinh Viên Thực Hiện: Huỳnh Tấn Phú -2005181215 Tp.HCM, ngày 28 tháng 10 năm 2020 MỤC LỤC Mục tiêu thực hành: 2 Cơ sở lý thuyết: 2.1 Mơ hình mâm lý thuyết: 2.2 Hiệu suất: 2.3 Mối quan hệ hiệu suất mâm Murphree hiệu suất mâm tổng quát 2.4 Sơ đồ nguyên lý thiết bị: Phương pháp thí nghiệm: 3.1 Thực thí nghiệm: 3.2 Số liệu thí nghiệm: Tính tốn số liệu: Trả lời câu hỏi chuẩn bị: 11 BÀI 3: CHƯNG CẤT Mục tiêu thực hành: Sau học xong này, sinh viên có khả năng: - Trình bày đƣợc cấu tạo, nguyên lý làm việc ƣu nhƣợc điểm thiết bị chƣng cất cồn hoạt động liên tục - Vận hành đƣợc hệ thống chƣng cất - Tính tốn đƣợc ảnh hƣởng lƣu lƣợng hồn lƣu vị trí mâm nhập liệu lên độ tinh khiết sản phẩm, tính hiệu suất q trình chƣng cất Cơ sở lý thuyết: 2.1 Mơ hình mâm lý thuyết: Mơ hình mâm lý thuyết mơ hình tốn đơn giản dựa sở sau: - Cân hai pha lỏng - cho hỗn hợp hai cấu tử - Điều kiện động lực học lƣu chất lý tƣởng mâm lý cho hai pha lỏng - là: Pha lỏng phải hòa trộn hồn tồn mâm Pha khơng lơi giọt lỏng từ mâm dƣới lên mâm đồng thời có nồng độ đồng vị trí tiết diện Trên mâm ln đạt cân hai pha 2.2 Hiệu suất: Để chuyển từ số mâm lý thuyết sang số mâm thực ta cần phải biết hiệu suất mâm Có ba loại hiệu suất mâm đƣợc dùng là: Hiệu suất tổng quát, liên quan đến toàn tháp; Hiệu suất mâm Murphree, liên quan đến mâm; Hiệu suất cục bộ, liên quan đến vị trí cụ thể mâm - Hiệu suất tổng quát Eo: hiệu suất đơn giản sử dụng nhƣng kén xác nhất, đƣợc định nghĩa tỉ số số mâm lý tƣởng số mâm thực cho toàn tháp - Hiệu suất mâm Murphree: tỉ số biến đổi nồng độ pha qua mâm với biến đổi nồng độ cực đại đạt đƣợc pha rời mâm cân với pha lỏng rời mâm thứ n Trong đó: yn: nồng độ thực pha rời mâm thứ n yn+1: nồng độ thực pha vào mâm thứ n y*n: nồng độ pha cân với pha lỏng rời ống chảy chuyền mâm thứ n Nói chung, pha lỏng rời mâm có nồng độ khơng với nồng độ trung bình pha lỏng mâm nên dẫn đến khái niệm hiệu cục - Hiệu suất cục đƣợc định nghĩa nhƣ sau: Trong đó: y’n: nồng độ pha rời khỏi vị trí cụ thể mâm n y’n+1: nồng độ pha mâm n vị trí y’en: nồng độ pha cân với pha lỏng vị trí 2.3 Mối quan hệ hiệu suất mâm Murphree hiệu suất mâm tổng quát Hiệu suất tổng quát tháp không với hiệu suất trung bình mâm Mối quan hệ hai hiệu suất tùy thuộc độ dốc tƣơng đối đƣờng cân đƣờng làm việc Khi mG/L > hiệu suất tổng quát có giá trị lớn mG/l < hiệu suất tổng quát có giá trị nhỏ Nhƣ vậy, với q trình có hai vùng nhƣ (chƣng cất) hiệu suất tổng qt E0 gần hiệu suất mâm EM Tuy nhiên phân tích hoạt động tháp hay phần tháp thực tế, đo đƣợc biến thiên nồng độ qua một vài mâm xác định đƣợc giá trị EM giả sử EM = E0 2.4 Sơ đồ nguyên lý thiết bị: A-Thùng chứa vật liệu B-Bơm nhập liệu C-Lƣu lƣợng kế nhập liệu D-Điện trở gia nhiệt nhập liệu E-Cột chung cất F-Nồi đun G-Thiết bị ngƣng tụ H-Bơm hoàn lƣu K-Bình chứa sản phẩm Phương pháp thí nghiệm: 3.1 Thực thí nghiệm: a Khởi động: Cho nhập liệu từ 20-60 lít vào bình chứa qua nắp C1 Để đƣa nhập liệu vào khoảng 1/3 nồi đun, ta mở van V7 bật bơm nhập liệu Đƣa điện vào hệ thống, sau bật nút nồi đun (boiler) chờ nồi đun sôi khởi động bơm nhập liệu (nút feed pump) Quan sát nhiệt độ nồi qua nhiệt kế gần mặt trƣớc nồi 4 Quan sát mức chất lỏng nồi thông qua ống đo mức bên trái nồi đun suốt thời gian làm thí nghiệm Nếu mực chất lỏng giảm dƣới mức 1/3 phải cấp thêm nhập liệu, nồi đun đầy phải tháo bớt chất lỏng nồi Trong hệ thống đun nóng mở van chảy tràn sản phẩm đỉnh, van V2, để thông với bình chứa, van sau đóng - Van V3 xả sản phẩm đỉnh - Van hoàn lƣu V1 dẫn sản phẩm đỉnh lại cột Mở van WI cho nƣớc dịng làm lạnh đủ để hóa lỏng tất qua phận ngƣng tụ Nối đầu ống dẫn nhập liệu vào mâm nhập liệu thích hợp cột Điều chỉnh lƣu lƣợng nhập liệu van V6 (đóng van V7) trị số thích hợp lƣu lƣợng kế Sản phẩm đỉnh thu đƣợc hoàn lƣu đỉnh cột qua lƣu lƣợng kế Điều chỉnh lƣu lƣợng dịng hồn lƣu van V4 Đun nóng dịng nhập liệu dịng hồn lƣu 10 Để rút sản phẩm đỉnh thay cho chảy bình chứa nhập liệu, đóng van V2, hứng sản phẩm đỉnh dƣới van V3 mở van 11 Khi phải thay đổi vị trí mâm, tháo đầu ống dẫn nhập liệu mâm cũ gắn vào mâm Trong tháo không cần điều chỉnh lƣu lƣợng kế 12 Theo dõi thƣờng xuyên mức chất lỏng nồi Nếu lý mức chất lỏng nồi xuống dƣới điện trở, dòng điện tự động ngắt, nhiệt độ nồi giảm bớt cho điện trở hoạt động trở lại b Ngưng máy: Tắt điện trở nồi đun Tắt điện trở nung nóng nhập liệu hồn lƣu tắt bơm Tháo sản phẩm đỉnh mở van R2, van R1 đóng Khi khơng cịn ngƣng tụ mở van R3 để rút phần sản phẩm đỉnh lại (hứng vào ly thủy tinh), van R3 mở để hệ thống ngƣng nguội Đóng van WI khơng cịn sản phẩm đỉnh Ngắt điện vào hệ thống chƣng cất 3.2 Số liệu thí nghiệm: TN 10 Quy ước: Lưu lượng dòng Độ cồn kế (%) F (1/h) L0 D(ml/s) xF xD 5 3,532 20 45 10 6,838 20 40 15 8,587 20 31 20 12,85 20 30 10 6,55 20 24 10 10 20 40 10 15 12,32 20 32 10 20 14,39 20 31 15 7,05 20 33 15 10 13,43 20 27 Nhiệt độ đo (C) tF TL0 33 89 33 89 33 89 33 89 33 89 33 89 33 89 33 89 33 89 33 89 A: rƣợu B: nƣớc Tính tốn số liệu: a Tính cân vật chất xác định thơng số cịn lại phương trình: Phần mol xF, xD ( Trong đó: ) ( ) (kg/m3) khối lƣợng riêng rƣợu tra theo nồng độ nhiệt độ:773,69 (kg/m3) khối lƣợng riêng nƣớc tra theo nhiệt độ:965,70 Tƣơng tự ta có: ( ( ) Suất lƣợng nhập liệu F, suất lƣợng sản phẩm đỉnh D ( ) ( ) ( ( ) ) Tƣơng tự ta đƣợc: ( ) ( ) ( ) Phƣơng trình cân vật chất tính W xW Ta có: F= D+W W = F – D = 163,91 – 321,49= -157,57 Ta lại có: F.xF = D.xD + W.xW = = - 0,4921 ( ) ) Bảng Kết tính cân vật chất STT F(mol/h) D(mol/h) xF(%mol) XD(%mol) W(mol/h) xW(%mol) 163,9174 321,49 0,072679 0,204139 -157,57 -0,4921 163,9174 652,25 0,072679 0,172871 -488,34 -0,25529 163,9174 896,45 0,072679 0,123459 -732,53 -0,16735 163,9174 1355,72 0,072679 0,11844 -1191,80 -0,14473 327,8347 738,01 0,072679 0,090082 -410,18 -0,22017 327,8347 286,16 0,072679 0,172871 41,68 1,758718 327,8347 1272,80 0,072679 0,128563 -944,97 -0,19838 327,8347 1502,26 0,072679 0,123459 -1174,42 -0,17821 491,7521 720,86 0,072679 0,133757 -229,11 -0,57685 10 491,7521 1463,47 0,072679 0,103905 -971,72 -0,19327 b Tính phương trình đường làm việc: Phƣơng trình đƣờng cất: Phƣơng trình đƣờng chƣng: Với: ; R=1,3Rmin+ 0,3 Ta có: từ số liệu bảng IX.2a (sổ tay QTTB tập 2.trang 148) Bảng Kết tính đường làm việc Phương trình đường Phương trình đường chưng cất 0,510 Y=-0,4668x-0,722 Y=-0,582x+0,322 -0,5182 0,251 Y=-0,9246x-0,491 Y=-1,075x+0,358 -0,7558 0,183 Y=-2,7973x-0,635 Y=-3,095x+0,505 -0,7799 0,121 Y=-3,2134x-0,610 Y=-3,544x+0,538 -0,9163 0,444 Y=-10,0800x-2,439 Y=-10,948x+1,076 -0,5182 1,146 Y=-0,9246x+3,338 Y=-1,075x+0,358 -0,7312 0,258 Y=-2,4505x-0,685 Y=-2,721x+0,358 -0,7558 0,218 Y=-2,7973-0,67 Y=-3,095x+0,505 -0,7063 0,682 Y=2,1570x-1,821 Y=-2,404x+0,455 10 -0,8498 0,336 Y=-5,1753x-1,193 Y=-5,659x+0,691 STT R f -0,3678 Vẽ xác định số mâm lý thuyết X(phần mol) Y(phần mol) Nhiệt độ 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 33,2 44,2 53,1 57,6 61,4 65,4 69,9 75,3 81,8 89,8 100 90,5 86,5 83,2 81,7 80,8 10 80 79,4 79 100 100 78,6 78,4 78,4 Trả lời câu hỏi chuẩn bị: 5.1 Chưng cất gì? Chƣng cất trình tách cấu tử hỗn hợp lỏng hay lỏng-khí thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác cấu tử hỗn hợp (ở điều kiện) 5.2 Nêu số loại thiết bị chưng cất ? Có thể sử dụng loại tháp chƣng cất sau: - Tháp chƣng cất dùng mâm xuyên lỗ mâm đĩa lƣới Tháp chƣng cất dùng mâm chóp Tháp đệm (tháp chƣng cất dùng vật chêm ) 5.3 Thí nghiệm khảo sát yếu tố nào? Thí nghiệm khảo sát hiệu suất làm việc máy, thể quan hệgiữa hiệu suất mâm Murphree hiệu suất mâm tổng quát 5.4 Tỉ số hoàn lưu gì? Khơng có dịng hồn lưu khơng ? Tỉ số hoàn lƣu tỉ số lƣợng hoàn lƣu quay tháp sản phẩm đỉnh lấy Khơng có dịng hồn lƣu khơng đƣợc 5.5 Nêu điều kiện mơ hình mâm lý thuyết ? Điều kiện mơ hình mâm lý thuyết: - Pha lỏng phải hịa trộn hồn tồn mâm Pha khơng lơi giọt lỏng từ mâm dƣới lên mâm đồng thời có nồng độ đồng vị trí tiết diện Trên mâm ln đạt cân hai pha 5.6 Có lọai hiệu suất mâm? Có loại hiệu suất mâm: hiệu suất tổng quát, hiệu suất mâm Murphree, hiệu suất cục 5.7 Nêu định nghĩa hiệu suất mâm mối tương quan có? - Hiệu suất mâm tổng quát E0: hiệu suất đơn giản sử dụng nhƣng xác tỉ số giữ số mâm lí tƣởng số mâm thực cho tồn tháp Hiệu suất mâm Murphree: tỉ số biến đổi nồng độ pha qua mâm vơi biến đổi nồng độ cực đại đạt đƣợc pha rời mân cân với pha lỏng rời mâm thứ n 11 - Hiệu suất mâm cục bộ: Mối quan hệ hiệu suất mâm Murphree hiệu suất mâm tổng quát: hiệu suất tổng quát tháp không với hiệu suất trung bình mâm Mối quan hệ hai hiệu suất tùy thuộc độ dốc tƣơng đối đƣờng cân đƣờng làm việc Khi mG/L lớn 1, hiệu suất tổng quát có giá trị lớn mG/L nhỏ hiệu suất tổng qt có giá trị nhỏ 5.8 Trình bày trình tự thí nghiệm? - Vận hành thiết bị Chƣng cất Ngừng máy 5.9 Nêu số liệu cần đo bài? - Lƣu lƣợng dòng F, D (ml/phút) Độ cồn kế xD, xF (%) 5.10 Ảnh hưởng tỉ số hoàn lưu R đến trình chưng cất? - Tăng nồng độ sản phẩm đỉnh làm cho tháp hoạt động Giảm số mâm lí thuyết Giảm chiều cao tháp 5.11 Dịng hồn lưu có tác dụng gì? Nếu tỉ số hồn (R) lƣu tăng, nồng độ sản phẩm đỉnh tăng sản phẩm lấy Nếu tỉ số hồn lƣu ( R) thấp, nồng độ sản phẩm đỉnh giảm sản phẩm lấy nhiều.Cho nên tỷ số hoàn lƣu ( R) thích hợp đảm bảo đủ lớn để xuất lấy nhiều 5.12 Viết phương trình cân vật chất Phƣơng trình cân vật chất: F = D+W F.xF = D.xD+W.xW 5.13 Khi thay đổi lưu lượng dịng hồn lưu ảnh hưởng đến sản phẩm? Khi thay đổi lƣu lƣợng dịng hồn lƣu nồng độ sản phẩm giảm 12 ... chuẩn bị: 5.1 Chưng cất gì? Chƣng cất trình tách cấu tử hỗn hợp lỏng hay lỏng-khí thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác cấu tử hỗn hợp (ở điều kiện) 5.2 Nêu số loại thiết bị chưng cất ? Có thể... chưng cất ? Có thể sử dụng loại tháp chƣng cất sau: - Tháp chƣng cất dùng mâm xuyên lỗ mâm đĩa lƣới Tháp chƣng cất dùng mâm chóp Tháp đệm (tháp chƣng cất dùng vật chêm ) 5.3 Thí nghiệm khảo sát... bị: 11 BÀI 3: CHƯNG CẤT Mục tiêu thực hành: Sau học xong này, sinh viên có khả năng: - Trình bày đƣợc cấu tạo, ngun lý làm việc ƣu nhƣợc điểm thiết bị chƣng cất cồn hoạt động liên tục