(TIỂU LUẬN) phúc trình thí nghiệm quá trình thiết bị bài CHƯNG cất

Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Trường Đại học Bách Khoa Khoa Kỹ thuật Hóa học BỘ MƠN Q TRÌNH & THIẾT BỊ Phúc trình thí nghiệm Q trình & Thiết bị Bài: CHƯNG CẤT Năm học 2021 – 2022 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM Kết thí nghiệm thơ Bảng Số liệu thơ TN Vị trí mâm 4 Xử lý số liệu Bảng Xử lý số liệu thơ TN Vị trí Lưu lượng dị mâm 4 4 5 Xw*: Xác định theo nhiệt độ nồi đun tra theo đồ thị txy 2.1 Số liệu cần thiết làm phúc trình Số liệu cân pha x-y T-xy cho hệ rượu etylic – nước atm 120 100 80 60 40 20 0 120 100 80 60 40 20 00 Giản đồ tỉ trọng nhiệt dung rượu etylic theo phân mol nhiệt độ Giản đồ nhiệt bốc theo nhiệt độ rượu etylic nước 2.2 Cơng thức tính tốn 2.2.1 Các thơng số nhiệt động C (kJ/kg.độ), r (kJ/kg), (kg/m3) tra từ Bảng tra cứu Quá trình học truyền nhiệt – truyền khối 2.2.2 Nồng độ phần mol sản phẩm đỉnh nồng độ dòng nhập liệu theo độ rượu 2.2.3 SẢN PHẨM ĐÁY Rượu Nước 725.5 965 725.5 965 725.5 725.5 965 965 725.5 2.2.4 Khối lượng trung bình dung dịch M hh ( g/mol)=Mr xr + Mn (1−xr ) 2.2.5 Lưu lượng mol/s dòng 2.2.6 2.2.7 Nhiệt dung riêng trung bình hỗn hợp tF NHIỆT DUNG RIÊNG (J/Kg.K) Nước 4180.794 61 4181.212 62 4183.803 67 4183.302 66 4183.302 66 2.2.8 2.2.9 5 H H G.F( L F 2.2.10 Thông số nhập liệu q q= J / kg )=CFs ×tFs +r Fs (J /kg )=CFs × tFs −H H G F − H H F 2.2.11 Phương trình dịng nhập liệu y= q 2.2.12 Phương trình phần cất y= x+ x F q−1 q−1 R x + x D R+1 R+1 x= F.x 2.2.13 Tính tốn xW W F −D x D F−D Vì tính tốn xW cơng thức trên, xW thu với giá trị xW < Để khảo sát trọn vẹn q trình tiếp theo, ta tiến hành đo nhiệt độ tương ứng tW tìm nồng độ phần mol xW theo giản đồ T-x-y 2.2.14 Hiệu suất mâm tổng quát E = hang−1 Số m âml ýt huy ế t = S ố b ậct S ố m âmt hự cSố mâm t hự c Với nồi đun xem tương đương với mâm lý thuyết 2.3 Kết tính tốn Bảng Kết tính tốn thơng số TN Vị trí mâm 4 4 5 Bảng Phương trình đường làm việc đường nhập liệu TN Phương trình đường nhập liệu 2.4 Vẽ đồ thị ( đồ thị ) Đồ thị dùng để xác định số mâm lý thuyết, giản đồ cho trường hợp TN Từ đồ thị suy độ tinh khiết dự đoán (bằng cách vẽ số mâm thực từ x w với hiệu suất tổng quát) so sánh với độ tinh khiết đo sản phẩm đỉnh Thí nghiệm Số mâm lý thuyết = Hiệu suất mâm tổng quát: 1/5 = 0.2 Dự đoán giá trị xD = 0.56 Độ tinh khiết 56%, cao so với độ tinh khiết đo sản phẩm đỉnh (31.08%) 120 100 80 60 40 20 00 Số mâm lý thuyết = Hiệu suất mâm tổng quát: 1/5 = 0.2 Dự đoán giá trị xD = 0.52 Độ tinh khiết 52%, cao so với độ tinh khiết đo sản phẩm đỉnh 31.98% 120 100 80 60 40 20 0 Số mâm lý thuyết = Hiệu suất mâm tổng quát: 3/5 = 0.6 Dự đoán giá trị xD = 0.54 Độ tinh khiết 54%, cao so với độ tinh khiết đo sản phẩm đỉnh (40%) 120 100 80 60 40 20 00 Số mâm lý thuyết = Hiệu suất mâm tổng quát: 1/5 = 0.2 Dự đoán giá trị xD = 0.29 Độ tinh khiết 29%, cao so với độ tinh khiết đo sản phẩm đỉnh (26.1%) 120 100 80 60 40 20 00 Số mâm lý thuyết = Hiệu suất mâm tổng quát: 2/5 = 0.4 Dự đoán giá trị xD = 0.34 Độ tinh khiết 34%, cao so với độ tinh khiết đo sản phẩm đỉnh (25.32%) Bảng Kết TN Vị trí mâm 4 4 5 Bàn luận 3.1 Bàn luận ảnh hưởng lưu lượng dòng hồn lưu vị trí mâm nhập liệu đến độ tinh khiết sản phẩm hiệu suất tổng quát tháp chưng cất 10 3.1.1 Ảnh hưởng dòng hoàn lưu đến độ tinh khiết sản phẩm Qua thí nghiệm 1, 2, ta thấy rõ lưu lượng dịng hồn lưu tăng lên độ tinh khiết sản phẩm tăng Hoàn lưu giúp tăng nồng độ sản phẩm đỉnh, tránh tượng khô mâm Khi tỷ số hoàn lưu lớn, nồng độ sản phẩm đỉnh lớn sản phẩm lấy Hơi từ tháp chưng cất lên thiết bị ngưng tụ tiếp xúc với lượng lỏng hoàn lưu Do tiếp xúc hai pha lỏng pha hơi, cấu tử etanol lôi kéo lượng etanol dung dịch hoàn lưu, đồng thời nước pha giữ lại phần dung dịch hồn lưu Do ngưng tụ, nồng độ sản phẩm đỉnh tăng lên Tóm lại, tăng lượng hồn lưu, ta có độ tinh khiết dịng sản phẩm đỉnh tăng đó, độ tinh khiết sản phẩm đáy tăng 3.1.2 Ảnh hưởng dòng hồn lưu đến hiệu suất tổng qt Qua thí nghiệm, ta thấy tăng lưu lượng dịng hồn lưu, hiệu suất trình tăng Hiệu suất tăng tức hệ thống làm việc gần với lý thuyết Trong thực tế sản xuất, người ta phải tính tốn dịng hồn lưu thích hợp, cho tổng chi phí để tạo sản phẩm mong muốn thấp Có thể thấy tăng dịng hồn lưu, hiệu suất mâm tăng, tức số mâm thực cần thiết giảm, giảm chi phí ban đầu để chế tạo thiết bị Tuy nhiên, với lượng nhiệt cung cấp khơng đổi, suất lượng mol dịng G0 khơng đổi Ta có: G0 = L0 + D Khi tăng dịng hồn lưu, cung cấp riêng tăng Độ phân riêng tỉ lệ thuận với lượng nhiệt cung cấp riêng tính mol sản phẩm đỉnh Muốn thu lượng sản phẩm mong muốn phải tốn thêm chi phí nhiệt Chi phí đơi chiếm tỷ lệ lớn tổng chi phí q trình 3.1.3 Ảnh hưởng vị trí mâm nhập liệu đến độ tinh khiết sản phẩm hiệu suất tổng quát Qua thí nghiệm, ta thấy vị trí mâm nhập liệu ảnh hưởng khơng nhiều đến hiệu suất mâm Việc ảnh hưởng vị trí mâm nhập liệu lên hiệu suất mâm khơng thể kết luận dựa vị trí cao hay thấp mà phải dựa vào vị trí tối ưu thiết bị Ở vị trí mâm nhập liệu số tối ưu nhất, ta thay đổi vị trí mâm nhập liệu thấp cao làm giảm độ tinh khiết sản phẩm đỉnh hiệu suất tháp chưng cất 3.2 Giải thích tượng q trình diễn tháp tháp hoạt động ổn định 11 Dòng nhập liệu đưa vào mâm tháp, phần mâm nhập liệu gọi phần cất, phần mâm nhập liệu gọi phần chưng Pha lỏng dịng hồn lưu dịng nhập liệu đưa vào tháp mâm nhập liệu Khi chuyển động từ xuống phần chưng, pha lỏng giảm nồng độ bị pha từ lên lối cấu tử dễ bay hơi, q trình truyền khối pha Phần lỏng nồi đun lấy sản phẩm đáy, chứa nhiều cấu tử khó bay (nước) Pha nồi đun đun chất lỏng tới nhiệt độ sôi bốc bay lên Khi bay lên lôi cấu tử dễ bay pha lỏng Do đỉnh có nồng độ cấu tử dễ bay cao hơn, qua thiết bị ngưng tụ, trao đổi nhiệt với nước lạnh thiết bị ngưng tụ thành lỏng, phần làm sản phẩm đỉnh phần cho hoàn lưu lại tháp Nêu nguyên nhân gây sai số cách khắc phục TN - Sai số thiết bị dụng cụ đo  Hệ thống thiết bị chưng cất có độ xác khơng cao  Lưu lượng kế hoạt động không ổn định, viên bị trồi sụt nên phải chỉnh lưu lượng nhiều lần  - Sai số dụng cụ đo nhiệt độ, lưu lượng, thời gian, độ rượu Sai số thao tác thí nghiệm  Hệ thống chưa ổn định tiến hành thí nghiệm Sản phẩm đỉnh không đảm bảo chế độ khảo sát  - Đọc giá trị phù kế, nhiệt kế ống đong khơng xác Sai số q trình tính tốn  Sai số tra bảng, làm tròn số liệu, chuyển đổi đơn vị  Vẽ đồ thị khơng xác Khắc phục: - Chuẩn bị thật kĩ trước làm thí nghiệm - Quan sát, tìm hiểu kỹ hệ thống trước làm thí nghiệm - Thao tác cẩn thận xác - Quan sát, điều chỉnh lưu lượng kế độ đọc cần khảo sát - Phân công rõ ràng thành viên nhóm, kết hợp ăn ý thành viên Tài liệu tham khảo 12 [1] Mc Cabe Smith, "Unit operations of Chemical Engineering", Mc Graw Hill, N.Y, 1987 [2] Võ Văn Bang – Vũ Bá Minh, “Quá trình Thiết bị – tập – Truyền khối“, ĐHQG Tp.HCM [3] Các tác giả, “Sổ tay Quá trình Thiết bị tập 1& 2", ĐHBK Hà Nội [4] Các tác giả, "Quá trình & Thiết bị - Ví dụ tập 10", ĐHQG Tp.HCM 13 ... Bang – Vũ Bá Minh, ? ?Quá trình Thiết bị – tập – Truyền khối“, ĐHQG Tp.HCM [3] Các tác giả, “Sổ tay Quá trình Thiết bị tập 1& 2", ĐHBK Hà Nội [4] Các tác giả, "Q trình & Thiết bị - Ví dụ tập 10",... qua thiết bị ngưng tụ, trao đổi nhiệt với nước lạnh thiết bị ngưng tụ thành lỏng, phần làm sản phẩm đỉnh phần cho hoàn lưu lại tháp Nêu nguyên nhân gây sai số cách khắc phục TN - Sai số thiết bị. .. trí tối ưu thiết bị Ở vị trí mâm nhập liệu số tối ưu nhất, ta thay đổi vị trí mâm nhập liệu thấp cao làm giảm độ tinh khiết sản phẩm đỉnh hiệu suất tháp chưng cất 3.2 Giải thích tượng trình diễn