Tính Cân Bằng Nhiệt Lượng.docx

Phan I phần I mở đầu  Giới thiệu chung về dây chuyền sản xuất Trong quá trình chế biến một sản phẩm từ sản phẩm thô ban đầuđến khi nó trở thành một sản phẩm có ích đựơc ứng dụng trong đời sống thường[.]

phần I mở đầu  Giới thiệu chung dây chuyền sản xuất Trong trình chế biến sản phẩm từ sản phẩm thơ ban đầuđến trở thành sản phẩm có ích đựơc ứng dụng đời sống thường ngày cơng nghiệp hố thực phẩm đóng vai trị hết sưc quan trọng.Q trình sản suất có liên quan đến nhiều thể loại ,phương pháp hoá học khác như:lắng , lọc ,hấp thụ, kết tinh … đặc biệt chưng phương pháp ứng dung nhiều nhiều ngành đặc biệt công nghệ lên men Chưng phương pháp dùng để tách hỗn hợp chất lỏng hỗn hợp khí lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác cấu tử hỗn hợp (nghĩa nhiệt độ,áp suất cấu tử khác nhau).Trong trường hợp đơn giản chưng đặc khơng khác Tuy nhiên ,giữa chúng có ranh giới bản: trường hợp chưng dung mơi chất tan bay , trường hợp đặc có dung mơi bay Khi chưng ta thu đươc nhiều sản phẩm thường cấu tử ta nhiêu sản phẩm Đối với trường hợp hai cấu tử ta có : Sản phẩm đỉnh gồm cấu tử có độ bay lớn phần cấu tử có độ bay bé cịn sản phẩm đáy gồm cấu tử có độ bay bé phần cấu tử có độ bay lớn Trong sản suất ta hay gặp phương pháp chưng sau: Chưng đơn giản:dùng để tách hỗn hợp gồm cấu tử có độ bay khác Phương pháp thường dùng để tách sơ làm cấu tử khỏi tạp chất Chưng nước trực tiếp: dung để tách hỗn hợp gồm chất khó bay , thường ứng dụng trường hợp chất tách không tan vào nước Chưng chân không : dùng trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sơi cấu tử Ví dụ trường hợp cấu tử hỗn hợp dễ bị phân huỷ nhiệt độ cao hay trường hợp cấu tử có nhiệt độ sơI q cao Chưng luyện :là phương pháp phổ biến dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp cấu tử dễ bay có tính chất hoà tan phần hoàn toàn vào .Chưng luyện áp suất thấp dùng cho hỗn hợp dễ bị phân huỷ nhiệt độ cao hỗn hợp có nhiệt độ sơI q cao Chưng luyện áp suất cao dùng cho hỗn hợp không hoá lỏng áp suất thường Phần II Sơ đồ dây chuyền công nghệ I Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất (hình 1) II Thuyết minh sơ đồ Nguyên liệu đầu chứa thùng chứa (1) bơm (2) bơm lên thùng cao vị (3) Mức chất lỏng cao thấp thùng cao vị khống chế chảy tràn Hỗn hợp đầu từ thùng cao vị (3) tự chảy xuống thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu (4), q trình tự chảy theo dõi đồng hồ lưu lượng Tại thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu (4) (dùng nước bão hoà), hỗn hợp đầu gia nhiệt tới nhiệt độ sôi, sau đạt tới nhiệt độ sôi, hỗn hợp đưa vào đĩa tiếp liệu tháp chưng luyện loại tháp đệm (5) Trong tháp, từ lên tiếp xúc trực tiếp với lỏng chảy từ xuống, xảy trình bốc ngưng tụ nhiều lần Theo chiều cao tháp, lên cao nhiệt độ thấp nên qua tầng đệm từ lên, cấu tử có nhiệt độ sơi cao ngưng tụ Quá trình tiếp xúc lỏng – tháp diễn liên tục làm cho pha ngày giầu cấu tử dễ bay hơi, pha lỏng ngày giầu cấu tử khó bay Cuối đỉnh tháp ta thu hầu hết cấu tử dễ bay (Axeton) phần cấu tử khó bay (Nước) Hỗn hợp vào thiết bị ngưng tụ (6) ngưng tụ hồn tồn (tác nhân nước lạnh) Một phần chất lỏng sau ngưng tụ chưa đạt yêu cầu qua thiết bị phân dòng (7) để hồi lưu trở đỉnh tháp, phần lại đưa vào thiết bị làm lạnh (8) để làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết sau vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (10) Chất lỏng hồi lưu từ xuống dưới, gặp có nhiệt độ cao từ lên, phần cấu tử có nhiệt độ sơi thấp lại bốc lên, phần cấu tử khó bay pha ngưng tụ xuống Do nồng độ cấu tử khó bay pha lỏng ngày tăng, cuối đáy tháp ta thu hỗn hợp lỏng gồm hầu hết cấu tử khó bay (Nước) phần cấu tử dễ bay (Axeton), hỗn hợp lỏng đưa khỏi đáy tháp, qua thiết bị phân dòng, phần đưa thùng chứa sản phẩm đáy (11), phần tận dụng đưa vào nồi đun sôi đáy tháp (9) dùng nước bão hoà Thiết bị (9) có tác dụng đun sơi tuần hồn bốc hỗn hợp đáy (tạo dòng từ lên tháp) Nước ngưng thiết bị gia nhiệt tháo qua thiết bị tháo nước ngưng (12) Tháp chưng luyện làm việc chế độ liên tục, hỗn hợp đầu vào sản phẩm lấy liện tục III Chế độ thuỷ động tháp đệm Trong tháp đệm có chế độ thuỷ động chế độ chảy dịng, chế độ q độ chế độ xốy Khi vận tốc khí bé, lực hút phân tử lớn vượt lực lỳ Lúc trình chuyển khối xác định dòng khuyếch tán phân tử Tăng vận tốc lên lực lỳ trở nên cân với lực hút phân tử Quá trình chuyển khối lúc không định khuyếch tán phân tử mà khuyếch tán đối lưu Chế độ thuỷ động gọi chế độ độ Nếu ta tiếp tục tăng vận tốc khí lên chế độ độ chuyển sang chế độ xoáy Trong giai đoạn trình khuyếch tán định khuyếch tán đối lưu Nếu ta tăng vận tốc khí lên đến giới hạn xảy tượng đảo pha Lúc chất lỏng chiếm toàn tháp trở thành pha liên tục, cịn pha khí phân tán vào chất lỏng trở thành pha phân tán Vận tốc khí ứng với thời điểm gọi vận tốc đảo pha Khí sục vào lỏng tạo thành bọt giai đoạn chế độ làm việc tháp gọi chế độ sủi bọt chế độ vận tốc chuyển khối tăng nhanh, đồng thời trở lực tăng nhanh Trong thực tế, ta thường cho tháp đệm làm việc chế độ màng có vận tốc nhỏ vận tốc đảo pha trình chuyển khối giai đoạn sủi bọt mạnh nhất, giai đoạn ta khó khống chế q trình làm việc Ưu điểm tháp đệm: + Hiệu suất cao bề mặt tiếp xúc pha lớn + Cấu tạo tháp đơn giản + Trở lực tháp không lớn + Giới hạn làm việc tương đối rộng Nhược điểm + Khó làm ướt đệm + Tháp cao q phân phối chất lỏng không IV Bảng kê ký hiệu thường dùng đồ án - F: Lượng hỗn hợp đầu, kg/h (hoặc kg/s, kmol/h) - P: Lượng sản phẩm đỉnh, kg/h (hoặc kg/s, kmol/h) - W: Lượng sản phảm đáy, kg/h (hoặc kg/s, kmol/h) - Các số F, P, W, A, B : tương ứng đại lượng thuộc hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy Axeton vàNước - a: nồng độ phần khối lượng, kg axeton/kg hỗn hợp - x: nồng độ phần mol, kmol axeton/kmol hỗn hợp - M: Khối lượng mol phân tử, kg/kmol - : độ nhớt, Ns/m2 - : khối lượng riêng, kg/m3 - Các số A, B, x, y, hh : tương ứng đại lượng thuộc cấu tử Axeton, Nước, thành phần lỏng, thành phần hỗn hợp - Ngoài ký hiệu cụ thể khác định nghĩa chỗ Phần IIi Tính tốn thiết bị I Tính cân vật liệu I.1 Tính tốn cân vật liệu I.1.1 Hệ phương trình cân vật liệu - Phương trình cân vật liệu chung cho toàn tháp F=P+W [II – 144] - Đối với cấu tử dễ bay FaF = Pap + Waw hay Fx F =Px [II – 144] +Wx P w Lượng sản phẩm đỉnh là: P=F a F −aw a p −a w  F x F −x W x P −x W Trong đó: F: suất tính theo hỗn hợp đầu, kg/s kg/h aF, ap, aw: nồng độ cấu tử dễ bay hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, phần khối lượng Đầu cho F = T/h5.10 hay F = aF F MA ( 1−a F ) F MB + 3 58 ¿ 0,18.5.10 ¿ ¿¿¿¿ ¿ hay F= + (1−0,82 ) 5.10 18 F=243,29(Kmol/h) I.1.2 Đổi nồng độ phần khối lượng sang nồng độ phần mol aF, ap, aw áp dụng công thức aA x= MA aA aB + MA MB [II – 126] Trong đó: aA, aB: nồng độ phần khối lượng axeton Nuóc Ma, MB: khối lượng mol phân tử axeton Nước Với M A =M C M B H6 O =M =58 H2O kg/kmol  18 kg/kmol Thay số liệu vào ta có: aF xF = MA a F ( 1−a F ) + MA MB aP x P= MA a P ( 1−a P ) + MA MB aw xw= MA a w ( 1−a w ) + MA MB  , 18 58 , 18 ( 1−0 ,18 ) + 58 18 0,064phần mol , 98 58 , 98 (1−0 , 98 ) + 18  58 0,938 phần mol , 01 58 , 01 ( 1−0 ,01 ) +  58 18 0,003phần mol Vây ta có lượng sản phẩm đỉnh là: P 243,29 0,064−0,003 0,938−0,003 15,87(Kmol/h) Lượng sản phẩm đáy là: W F P  W243,29 15,87  W 227,42 (Kmol/h) I.1.3 Tính khối lượng phân tử trung bình hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy Theo công thức: M = x.MA + (1 – x)MB Trong đó: M: khối lượng phân tử trung bình, kg/kmol x: nồng độ phần mol axêtơn - Khối lượng phân tử trung bình sản phẩm đỉnh Mp = xp.MA + (1 – xp)MB Mp = 0,938.58 + (1 0,938).18 Mp = 55,52 (Kmol/h) - Khối lượng phân tử trung bình hỗn hợp đầu MF = xF.MA + (1 – xF)MB M F = 0,064.58 + (1 0,064).18 M F = 20,56 (kg/kmol) - Khối lượng phân tử trung bình sản phẩm đáy Mw = xw.MA + (1 – xw)MB M W = 0,003.58 + (1 0,003 ).18 M W = 18,12 (kg/kmol) I.1.5 Lượng hỗn hợp đầu đơn vị sản phẩm đỉnh: F 243 , 29 f= = P 15 , 87 f =15, 33 I.2 Xác định số bậc thay đổi nồng độ I.2.1 Xác định Rmin dựa đồ thị y – x Dựng đường cân theo số liệu đường cân sau: [II – 145] Bảng x y o tC 0 10 60, 72 100 77, 20 80, 30 82, 40 50 84, 85, 60 70 86, 88, 80 90 90, 94, 100 100 69, 64, 62, 61, 60, 59, 59 58, 57, 56, 6 - Trongđó thành phần cân lỏng (x) , (y) tinh %mol - Từ số liệu bảng ta vẽ đồ thị đường cân lỏng (x) – (y) đường chéo góc y=x - Đường nồng độ làm việc đoạn luyện có dạng chung : y =A.x+ B với tất thiết diện đoạn luyện Như ta biết ,thoe giả thuyết thành phần cấu tử dễ bay chất lỏng ngưng tụ thiết bị ngưng tụ vào tháp thành phần cấu tử dễ bay từ đỉnh tháp Do đĩa :y=x phương trình làm việc đĩa là: y =Ax+B … Thay giá trị Avà Bvào giải ta được:y=x P Điều chứng tỏ điểm đường làm việc đoạn luyện toạ độ y=x=x chưng có p phương trình đường làm việc đoạn dạng chung là: y’=A’x’+ B’, ta coi nồng độ đĩa cuối đoạn chưng nồng độ đáy x W Thay giá trị A’,B’ vào phương trình nồng độ làm việc đoạn chưng ta có : y’= xw Điều chứng tỏ điểm cuối đường nồng độ làm việc đoạn chưng có toạ độ: y’= x’=xw Giao điểm hai đường nghiệm hệ phương trình y=Ax+B y’=A’x+B’ x=xF Điều chứng tỏ giao điểm hai đường nồng độ làm việc đoạn luyện đoạn chưng nằm đường thẳng song song với trục tung có hồnh độ xF Tung độ phụ thuộc vào số hồi lưu R  Xác định số hồi lưu nhỏ nhất( Rmin) _ Như ta biết, giao điểm hai đường làm việc nằm phía đường cân y=f(x) hay phía đường y=x hai đường cắt điểm d2  nồng độ làm việc lớn nồng độ cân bằng, ý nghĩa vật lý điều khơng thể có Cịn giao điểm hai đường điểm d’ 2 nồng độ cấu tử dễ bay pha bé pha lỏng, điều chưng cất  giao điểm hai đường làm việc khơng thể nằm ngồi đường cân đường chéo góc Giới hạn hai điểm hai điểm d2 d’2 _ứng với giao điểm d0 ta có tung độ B lớn B 0, trường hợp nồng độ làm việc nồng độ cân bằng, theo lý thuyết đạt điều số bậc thay đổi nồng độ vô lớn số hồi lưu lớn Thật ta có: - Rmin: lượng hồi lưu tối thiểu tính theo cơng thức Ta có: