(TIỂU LUẬN) báo cáo THỰC HÀNH QUÁ TRÌNH THIẾT bị và hóa học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ HĨA HỌC BÁO CÁO THỰC HÀNH Q TRÌNH THIẾT BỊ VÀ HÓA HỌC  Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Minh Tiến Lớp học phần: DHHO15ATT Mã học phần: 422000420801 Tên: Nguyễễ̃n Thị Phương Thanh - 19501801 Nguyễễ̃n Văn Bảo - 19433981 Nguyễễ̃n Minh Cường - 19475571 Huỳnh Kim Bôi - 19444671 MSSV: 19501801 Nhóm: TP Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng 03 năm 2022 CHƯNG CẤT Giới thiệu Mục đích thí nghiệm Cơ sở lý thuyết 3.1 Cân vật chất Q trình tính tốn cân vật chất chưng cất dựa sở phương pháp Mc Cabe– Theile xem gần đường làm việc phần chưng phần cất đường thẳng chấp nhận số giả thuyếế́t sau: Suất lượng mol pha từ lên tất tiếế́t diện tháp Nồng độ pha lỏng sau ngưng tụ có thành phần thành phần khỏi đỉnh tháp Dòng vào khỏi tháp trạng thái bão hòa Dòng hồi lưu vào tháp trạng thái lỏng sôi Suất lượng mol pha lỏng không đổi theo chiều cao đoạn cất đoạn chưng 3.1.1 Phương trình cân vật chất F=P+W xF F=xP P+ xW W Trong đó: F, P, W: suất lượng nhập liệu, sản phẩm đáy sản phẩm đỉnh, kmol/h x F ,xP , xW : thành phần mol cấu tử dễễ̃ bay nhập liệu, sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy, mol/mol 3.1.2 Chỉ số hồi lưu Chỉ số hồi lưu tỉ số lưu lượng dịng hồn lưu (L0 ¿ lưu lượng dòng sản phẩm đỉnh (D) L P R= Chỉ số hồi lưu thích hợp ( R) xác định thông qua số hồi lưu tối thiểu (Rmin ¿ xác định theo phương trình sau: R=b.Rmin 3.1.3 Phương trình đường làm việc Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn cất R y cất = R + xP x+ R + Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn chưng ychưng = f= F R + f f − R +1 x + R + xW P : tỉ lệ lưu lowngj hỗn hợp nhập liệu so với lưu lượng sản phẩm đỉnh 3.1.4 Xác định số mâm lý thuyếế́t Hình Xác định số mâm lý thuyếế́t 3.2 Cân lượng 3.2.1 Cân nhiệt lượng cho thiếế́t bị gia nhiệt nhập liệu = Qnl F CP F (tF r − + tF v) Qmnl Trong đó: Qnl: nhiệt lượng cần cung cấp để gia nhiệt nhập liệu, kW F: lưu lượng khối lượng hỗn hợp nhập liệu, kg/s CP : F tFr nhieetk dung riêng hỗn hợp nhập liệu, kJ/kg.℃ ,t : Fv nhiệt độ nhập liệu vào khỏi thiếế́t bị, ℃ Q : nhiệt mát thiếế́t bị gia nhiệt nhập liệu, kW 3.2.2 Cân nhiệt lượng thiếế́t bị ngưng tụ Nếế́u trình ngưng tụ không làm lanh mnl Qng=P ( R+1) r P=G C (tr−tv)+Qmng Nếế́u trình ngưng tụ có làm lạnh Qng=P ( R+1) r P +P ( R+1 ) CPp (tSp−tP )=G C (tr −tv)+Qm ng Trong đó: P: lưu lượng khối lượng hỗn hợp sản phẩm đỉnh, kg/s r P: nhiệt hóa sản phẩm đỉnh, kJ/kg C Pp: nhiệt dung riêng hỗn hợp sản phẩm đỉnh, kJ/kg.℃ t r ,tv : nhiệt độ vào nước,℃ G: lưu lượng dòng giải nhiệt, kg/s C: nhiệt dung riêng dòng giải nhiệt, kJ/kg.℃ t Sp: nhiệt độ sôi hỗn hợp sản phẩm đỉnh, ℃ t P: nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau làm lạnh, kJ/kg Q : nhiệt mát thiếế́t bị ngưng tụ 3.2.3 Cân nhiệt lượng thiếế́t bị làm lạnh Làm lạnh sản phẩm đỉnh mng Q¿P=P CP P (tPr −tP v)=G1 C1 (t1 r−t1 v )=Qm¿ P Làm lạnh sản phẩm đáy Q¿W =W CPW (tW r −tW v )=G2 C2 (t2 r −t2 v)=Qm¿ W Trong đó: P ,W: lưu lượng khối lượng sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, kg/s CP ,C P t Pv ,t PW: nhiệt dung riêng dòng sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, kJ/kg.℃ : nhiệt độ sản phẩm đỉnh vào khỏi sản phẩm thiếế́t bị,℃ Pr ,t : nhiệt độ sản phẩm đáy vào khỏi sản phẩm thiếế́t bị,℃ G1: lưu lượng dòng giải nhiệt thiếế́t bị làm lạnh sản phẩm đỉnh, kg/s tW v W r G 2: lưu lượng dòng giải nhiệt thiếế́t bị làm lạnh sản phẩm đáy, kg/s C 1: nhiệt dung riêng dòng giải nhiệt thiếế́t bị làm lạnh sản phẩm đỉnh, kJ/kg ℃ C 2: nhiệt dung riêng dòng giải nhiệt thiếế́t bị làm lạnh sản phẩm đáy, kJ/kg ℃ t 1r ,t1 v: nhiệt độ vào thiếế́t bị làm lạnh sản phẩm đỉnh,℃ t r ,t2 v: nhiệt độ vào thiếế́t bị làm lạnh sản phẩm đáy,℃ Q : nhiệt độ mát thiếế́t bị làm lạnh sản phẩm đỉnh, kW m ¿P Q : nhiệt độ mát thiếế́t bị làm lạnh sản phẩm đáy, Kw 3.2.4 Cân nhiệt toàn tháp m ¿W Q F +QK +QL0=QP +QW +Qm +Qng  Q =Q +Q +Q +Q −Q −Q K P W m ng F L0 Trong đó: QK: nhiệt lượng cung cấp cho nồi đun, kW Qm: nhiệt lượng mát môi trường xung quanh thường lấy gần khoảng 5% đếế́n 10% lượng nhiệt cần cung cấp Q F: nhiệt lượng dòng nhập liệu mang vào, kW QF=F CPF t F Q P: nhiệt lượng dòng sản phẩm đỉnh mang ra, kW QP=P C PP tP QW : nhiệt lượng dòng sản phẩm đáy mang ra, kW QW =W CPW tW Q ng: nhiệt lượng trao đổi thiếế́t bị ngưng tụ, kW Q ng=P rP Q L : nhiệt lượng dịng hồn lưu mang vào, kW Q =L C L0 t PP P Tiến hành thí nghiệm Cài đặt chếế́ độ làm việc “Auto” giá trị nhiệt độ sôi nhập liệu điều khiển thiếế́t bị gia nhiệt nhập liệu Khi nhiệt độ nhập liệu gần nhiệt độ sôi nhập liệu, tiếế́n hành mở van nhập liệu điều chỉnh bơm nhập liệu với tốc độ (10-15) lit/h Cài đặt đọ giẳm áp tháp chưng cất giá trị 20mBar điều khiển độ chênh áp Mở van thu sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy Điều chỉnh cơng tắc chia dịng vị trí “ Cycle” (hồi lưu phần) Cài đặt giá trị tỉ số hồi lưu giá trị thấp 1.5 lần giá trị số hồi lưu tối thiểu cách cài đặt chếế́ độ làm việc “Manu”, chu kỳ lấy mẫu giá trị phần trăm hồi lưu Sau 10p, tháo hếế́t dung dịch có bình chứa sản phẩm đỉnh Đo lưu lượng sản phẩm đỉnh phương pháp thể tích nồng độ sản phẩm đỉnh Ghi thơng số nồng độ, nhiệt độ vào bảng số liệu Lần lượt tiếế́n hành thí nghiệm với cấc giá trị tỉ số hồi lưu, vị trí mâm nhập liệu nhiệt độ nhập liệu khác Sau lần điều chỉnh chếế́ độ làm việc phải đợi 10p để hệ thống ổn định tháo hếế́t dung dịch bình chứa sản phẩm đỉnh xác định thông số Kết thí nghiệm Tính tốn Rmin - Nồng độ rượu nhập liệu: DF = 25 độ Độ rượu DD=88 độ,t D=30 ℃ - Rượu nguyên chất ρrượu = 780 Kg = Kg m3 , ρnước 996 m3 - xD = D ρ D rượu MD VF ρ rượu xF = - Từ số liệu bảng IX.2a (Sổ tay QT&TBCNHC-2 trang 148) ta có bảng thành phần cân lỏng (x) - (y) nhiệt độ sôi hỗn hợp nước - etanol 760 mmHg: xF = 0.093 xD = 0.69 -> y *F = 0.455 →Rmin - = Từ Rmin ta khảo sát giá trị số hồi lưu sau đây: R=1,4 Rmin=¿1.38 R=2, Rmin=¿1.77 + Bảng kếế́t R 1.38 1.77 1.38 1.77 1.38 1.77 VF 10 10 10 10 10 10 VỚI R=1.38 MÂM R=1.38 Tính tốn cân vật chất Thơng số nhập liệu: xF = Phân tử trung bình nhập liệu: M tb=0,093 × 46+0,907 ×18=20.604 (kmolKg ) Xét 1m3 hỗn hợp, ta tính khối lượng riêng hỗn hợp ρhh = ρr × xxF + ρn × (1 - xxF) = 946 × 0.207 + 995,33 × (1 - 0.207) = 985.11869 (kg/m3) Khối lượng mol hỗn hợp: Mhh = Mr × xF + Mn × (1 - xF) = 46 × 0.093 + 18 × (1 – 0.093) = 20.604 (kg/kmol) Lưu lượng nhập liệu: Q xρ −3 hh = 10 x 10 x 985.11869 = 0.478 F= F M hh 20.604 x= F × Mhh = 0,478 × 20,604 = 9.848 (kg/h) Nồng độ sản phẩm đỉnh: xD= D ρ D M M tb=0,69 × 46+0,31 ×18=37.32 rượu + D (kmolKg ) xD = Xét 1m3 hỗn hợp sản phẩm đỉnh, ta tính khối lượng riêng hỗn hợp ρhh = ρr × x D+ ρn × (1 - xD) = 946 × 0.85 + 995,33 × (1 - 0.85) = 953.3995 (kg/m3) x Khối lượng mol hỗn hợp: Mhh = Mr × xD+ Mn × (1 – xD) = 46 × 0.69 + 18 × (1 - 0.69) = 37.32 (kg/kmol) Lưu lượng sản phẩm đỉnh: D= QD x ρhh Mhh D-= D × Mhh = 0,059 × 37.32 = 2.20188 (kg/h) Tính tốn sản phẩm đấy: Áp dụng phương trình cân vật chất: F = D + W Lưu lượng sản phẩm đáy: W = F – D = 0.478– 0,059 = 0,419 (kmol/h) Phương trình cân vật chất: xF F = xD D + xW W Nồng độ phần khối lượng sản phẩm đáy: xW = Số mâm lý thuyếế́t mân 2: mâm MÂM R=1.38 Tính tốn cân vật chất Thơng số nhập liệu: xF = Phân tử trung bình nhập liệu: M tb=0,093 × 46+0,907 ×18=20.604 (kmolKg ) Xét 1m3 hỗn hợp, ta tính khối lượng riêng hỗn hợp ρhh = ρr × xxF + ρn × (1 - xxF) = 946 × 0.207 + 995,33 × (1 - 0.207) = 985.11869 (kg/m3) Khối lượng mol hỗn hợp: Mhh = Mr × xF + Mn × (1 - xF) = 46 × 0.093 + 18 × (1 – 0.093) = 20.604 (kg/kmol) Lưu lượng nhập liệu: 13 F= Q xρ F hh −3 = 10 x 10 x 985.11869 = 0.478 x= F × Mhh = 0,478 × 20,604 = 9.848 (kg/h) M hh 20.604 Nồng độ sản phẩm đỉnh: xD = M tb=0,69 × 46+0,31 × xD = Xét 1m3 hỗn hợp sản phẩm đỉnh, ta tính khối lượng riêng hỗn hợp ρhh = ρr × xxD+ ρn × (1 - xxD) = 946 × 0.85 + 995,33 × (1 - 0.85) = 953.3995 (kg/m3) Khối lượng mol hỗn hợp: Mhh = Mr × xD+ Mn × (1 – xD) = 46 × 0.69 + 18 × (1 - 0.69) = 37.32 (kg/kmol) Lưu lượng sản phẩm đỉnh: Tính tốn sản phẩm đấy: Áp dụng phương trình cân vật chất: F = D + W Lưu lượng sản phẩm đáy: W = F – D = 0.478– 0,034 = 0,444 (kmol/h) Phương trình cân vật chất: xF F = xD D + xW W Nồng độ phần khối lượng sản phẩm đáy: xW = 14 Phương trình đường làm việc: F f= 478 =14,05 D =0 034 Phương trình đường làm việc phần chưng: R+f f −1 1.38+14.05 14.05−1 y= x− R+1 xW = R+1 x− 1.38+1 0,0 47=8,15 x−0 257 (1) 1.38+1 Phương trình đường làm việc phần cất: R y= R+1 Ta có: xF = 0.093 thếế́ vào phương trình (1)  yF = 0,50095 Vẽ số mâm lý thuyết: Số mâm lý thuyếế́t mâm 3: 14 mâm VỚI R=1.77 MÂM R=1.77 Tính tốn cân vật chất Thơng số nhập liệu: xF = Phân tử trung bình nhập liệu: M tb=0,093 × 46+0,907 ×18=20.604 (kmolKg ) Xét 1m3 hỗn hợp, ta tính khối lượng riêng hỗn hợp ρhh = ρr × xxF + ρn × (1 - xxF) = 946 × 0.207 + 995,33 × (1 - 0.207) = 985.11869 (kg/m3) 15 Khối lượng mol hỗn hợp: Mhh = Mr × xF + Mn × (1 - xF) = 46 × 0.093 + 18 × (1 – 0.093) = 20.604 (kg/kmol) Lưu lượng nhập liệu: Q xρ F F= hh M hh x= F × Mhh = 0,478 × 20,604 = 9.848 (kg/h) Nồng độ sản phẩm đỉnh: M tb=0,69 × 46+0,31 ×18=37.32 (kmolKg ) xD = Xét 1m3 hỗn hợp sản phẩm đỉnh, ta tính khối lượng riêng hỗn hợp ρhh = ρr × xxD+ ρn × (1 - xxD) = 946 × 0.85 + 995,33 × (1 - 0.85) = 953.3995 (kg/m3) Khối lượng mol hỗn hợp: Mhh = Mr × xD+ Mn × (1 – xD) = 46 × 0.69 + 18 × (1 - 0.69) = 37.32 (kg/kmol) Lưu lượng sản phẩm đỉnh: Q xρ −3 D = D hh = 2.25 x 10 x 953.3995 = 0.057 Mhh37.32 D-= D × Mhh = 0,057 × 37.32 = 2.127 (kg/h) Tính tốn sản phẩm đấy: Áp dụng phương trình cân vật chất: F = D + W Lưu lượng sản phẩm đáy: W = F – D = 0.478– 0,057 = 0,421 (kmol/h) Phương trình cân vật chất: xF F = xD D + xW W x w= x F−x D F D =0,093 × 0,478−0,69 × 0,057 =0.0 122 W0,4 21 M tb=0.0 122× 46+0,9 878× 18=18 3416 (kmolKg ) 16 Nồng độ phần khối lượng sản phẩm đáy: xW= ×M x W Phương trình đường làm việc: f= F 478 =8.39 D =0 057 Phương trình đường làm việc phần chưng: R+f y= f −1 x− R+1 R+ Phương trình đường làm việc phần cất: y= Ta có: xF = 0.093 thếế́ vào phương trình (1)  yF = 0.308 Vẽ số mâm lý thuyết: Số mâm lý thuyếế́t mân 1: mâm R R+1 17 MÂM R=1.77 Tính tốn cân vật chất Thông số nhập liệu: xF = Phân tử trung bình nhập liệu: M tb=0,093 × 46+0,907 ×18=20.604 (kmolKg ) Xét 1m3 hỗn hợp, ta tính khối lượng riêng hỗn hợp ρhh = ρr × xxF + ρn × (1 - xxF) = 946 × 0.207 + 995,33 × (1 - 0.207) = 985.11869 (kg/m3) Khối lượng mol hỗn hợp: Mhh = Mr × xF + Mn × (1 - xF) = 46 × 0.093 + 18 × (1 – 0.093) = 20.604 (kg/kmol) Lưu lượng nhập liệu: QF x ρhh F= M hh x= F × Mhh = 0,478 × 20,604 = 9.848 (kg/h) Nồng độ sản phẩm đỉnh: M tb=0,69 × 46+0,31 ×18=37.32 (kmolKg ) xD = Xét 1m3 hỗn hợp sản phẩm đỉnh, ta tính khối lượng riêng hỗn hợp ρhh = ρr × xxD+ ρn × (1 - xxD) = 946 × 0.85 + 995,33 × (1 - 0.85) = 953.3995 (kg/m3) 18 Khối lượng mol hỗn hợp: Mhh = Mr × xD+ Mn × (1 – xD) = 46 × 0.69 + 18 × (1 - 0.69) = 37.32 (kg/kmol) Lưu lượng sản phẩm đỉnh: Q xρ −3 D = D hh = 2.15 x 10 x 953.3995 = 0.055 Mhh37.32 D-= D × Mhh = 0,055 × 37.32 = 2.0526 (kg/h) Tính tốn sản phẩm đấy: Áp dụng phương trình cân vật chất: F = D + W Lưu lượng sản phẩm đáy: W = F – D = 0.478– 0,055 = 0,423 (kmol/h) Phương trình cân vật chất: xF F = xD D + xW W x w= x F−x D F D =0,093 × 0,478−0,69 × 0,055 =0.0 153 W0,4 23 Nồng độ phần khối lượng sản phẩm đáy: xW = Phương trình đường làm việc: f= F 478 D= 055 =8.6 Phương trình đường làm việc phần chưng: R+f y= x− R+1 f −1 R+1 Phương trình đường làm việc phần cất: R x 1.77 0.69 y= R +1 x + R +D1 =1.77 +1 x+ 1.77 +1 =0.638 x +0.249 Ta có: xF = 0.093 thếế́ vào phương trình (1)  yF = 0.3087 19 Vẽ số mâm lý thuyết: Số mâm lý thuyếế́t mân 2: mâm MÂM R=1.77 Tính tốn cân vật chất Thơng số nhập liệu: xF = Phân tử trung bình nhập liệu: M tb=0,093 × 46+0,907 ×18=20.604 (kmolKg ) Xét 1m3 hỗn hợp, ta tính khối lượng riêng hỗn hợp ρhh = ρr × xxF + ρn × (1 - xxF) = 946 × 0.207 + 995,33 × (1 - 0.207) = 985.11869 (kg/m3) 20 Khối lượng mol hỗn hợp: Mhh = Mr × xF + Mn × (1 - xF) = 46 × 0.093 + 18 × (1 – 0.093) = 20.604 (kg/kmol) Lưu lượng nhập liệu: Q xρ F F= hh M hh x= F × Mhh = 0,478 × 20,604 = 9.848 (kg/h) Nồng độ sản phẩm đỉnh: M tb=0,69 × 46+0,31 ×18=37.32 (kmolKg ) xD = Xét 1m3 hỗn hợp sản phẩm đỉnh, ta tính khối lượng riêng hỗn hợp ρhh = ρr × xxD+ ρn × (1 - xxD) = 946 × 0.85 + 995,33 × (1 - 0.85) = 953.3995 (kg/m3) Khối lượng mol hỗn hợp: Mhh = Mr × xD+ Mn × (1 – xD) = 46 × 0.69 + 18 × (1 - 0.69) = 37.32 (kg/kmol) Lưu lượng sản phẩm đỉnh: Q xρ −3 D = D hh = 1.30 x 10 x 953.3995 = 0.033 Mhh37.32 D-= D × Mhh = 0,033 × 37.32 = 1.23156 (kg/h) Tính tốn sản phẩm đấy: Áp dụng phương trình cân vật chất: F = D + W Lưu lượng sản phẩm đáy: W = F – D = 0.478– 0,033 = 0,445 (kmol/h) Phương trình cân vật chất: xF F = xD D + xW W x w= x F−x D F D =0,093 × 0,478−0,69 × 0,033 =0.0 487 W0,4 45 M tb=0.0 487 × 46+ 0,9513 ×18=19.3636 (kmolKg ) 21 Nồng độ phần khối lượng sản phẩm đáy: xW = x ×M W Phương trình đường làm việc: f= F 478 D= 033 =14.48 Phương trình đường làm việc phần chưng: y= R+f x− R+1 f −1 1.77+ 14.48 14.48−1 xW = x− 0,0 487=5.866 x−0 2369 (1) R+1 1.77+1 1.77+1 Phương trình đường làm việc phần cất: R y= R+1 Ta có: xF = 0.093 thếế́ vào phương trình (1)  yF = 0.3086 Vẽ số mâm lý thuyết: Số mâm lý thuyếế́t mân 13: 14 mâm 22 ... độ vào thiếế́t bị làm lạnh sản phẩm đỉnh,℃ t r ,t2 v: nhiệt độ vào thiếế́t bị làm lạnh sản phẩm đáy,℃ Q : nhiệt độ mát thiếế́t bị làm lạnh sản phẩm đỉnh, kW m ¿P Q : nhiệt độ mát thiếế́t bị. .. kJ/kg.℃ : nhiệt độ sản phẩm đỉnh vào khỏi sản phẩm thiếế́t bị, ℃ Pr ,t : nhiệt độ sản phẩm đáy vào khỏi sản phẩm thiếế́t bị, ℃ G1: lưu lượng dòng giải nhiệt thiếế́t bị làm lạnh sản phẩm đỉnh, kg/s... kJ/kg.℃ ,t : Fv nhiệt độ nhập liệu vào khỏi thiếế́t bị, ℃ Q : nhiệt mát thiếế́t bị gia nhiệt nhập liệu, kW 3.2.2 Cân nhiệt lượng thiếế́t bị ngưng tụ Nếế́u q trình ngưng tụ khơng làm lanh mnl