Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Trường Đại học Bách Khoa Khoa Kỹ thuật Hóa học BỘ MÔN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Bài CHƯNG CẤT CBHD Sinh viên MSSV Nhóm Lớp Ngày TN Năm học 2022 2023 MỤC LỤC I TRÍC[.]
Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Trường Đại học Bách Khoa Khoa Kỹ thuật Hóa học BỘ MƠN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Bài: CHƯNG CẤT CBHD: Sinh viên: MSSV: Nhóm: Ngày TN: Năm học 2022-2023 Lớp: MỤC LỤC I TRÍCH YẾU Mục đích thí nghiệm .3 Phương pháp thí nghiệm 2.1 Nội dung thí nghiệm 2.2 Quy trình vận hành .3 II LÝ THUYẾT TN .4 2.1 Hiệu suất .4 2.2 Mối liên hệ hiệu suất mâm Murphree hiệu suất tổng quát III DỤNG CỤ, THIẾT BỊ TN IV KẾT QUẢ TN 4.1 Thí nghiệm 1: Khơng có dịng hồn lưu 4.1.1 Thời gian – độ rượu 4.1.2 Thời gian – nhiệt độ mâm 4.1.3 Thời gian – nhiệt độ đáy 4.1.4 Thời gian – lưu lượng sản phẩm đỉnh 4.2 Thí nghiệm 2: Thay đổi dịng hồn lưu 4.2.1 Thời gian – độ rượu 4.2.2 Thời gian – nhiệt độ mâm 4.2.3 Thời gian – nhiệt độ đáy 10 4.2.4 Thời gian – lưu lượng sản phẩm đỉnh 10 V BÀN LUẬN, NHẬN XÉT .10 VI PHỤ LỤC 11 VII TÀI LIỆU THAM KHẢO 11 I TRÍCH YẾU Mục đích thí nghiệm Khảo sát ảnh hưởng lưu lượng dịng hồn lưu đến độ tinh khiết sản phẩm hiệu suất tháp chưng cất Phương pháp thí nghiệm 2.1 Nội dung thí nghiệm - Khảo sát ảnh hưởng dịng hồn lưu: Cài đặt thời gian mở đóng van hồn lưu chế độ mở, đóng (10’’, 20’’,30’’,…) - Khảo sát vị trí mâm 2.2 Quy trình vận hành - Quan sát hệ thống - Khởi động hệ thống: + Kiểm tra đo độ rượu ngun liệu + Đưa dịng điện vào hệ thống: Đóng cầu dao điện bật công tắc sau tủ điều khiển + Nhập liệu vào nồi đun (khoảng 2/3 nồi): Kiểm tra van xả đáy cho hỗn hợp rượu etylic nước pha vào Sau theo dõi mực chất lỏng mở van thông áp + Gia nhiệt cho nồi đun: Kiểm tra lần mực chất lỏng ống mực nồi đun để đảm bảo hỗn hợp ngập điện trở nồi đun, không gia nhiệt, nồi đun bị cháy điện trở Cài đặt nhiệt độ gia nhiệt nồi đun (100℃) từ bảng điều khiển Bật công tắc để hai điện trở nồi đun hoạt động Theo dõi nhiệt đồng hồ bảng điều khiển tăng lên đến 70℃ bắt đầu mở phần van sau điều chỉnh lưu lượng nước lưu lượng mức lưu lượng phù hợp cho trình ngưng tụ Quan sát thiết bị ngưng tụ thấy có bốc lên từ van khóa van lại liền Cài đặt thời gian cho dịng hồn lưu theo u cầu thí nghiệm - Khởi động dịng hồn lưu: Khi thấy có dịng sản phẩm đỉnh ngưng tụ - chảy bình chứa sản phẩm đỉnh, cài đặt thời gian tủ điều khiển cho dịng hồn lưu - Tiến hành chế độ thí nghiệm * Khảo sát ảnh hưởng lưu lượng dịng hồn lưu: Khi khảo sát lưu lượng dịng hồn lưu, có lưu lượng dịng hồn lưu thay đổi chế độ cài đặt cần khảo sát + Chờ hệ thống hoạt động ổn định Hệ thống hoạt động ổn định khi: Điện trở gia nhiệt nồi đun hoạt động công suất Lưu lượng kế đo dòng nước giải nhiệt phải hoạt động ổn định Sản phẩm đỉnh phải đảm bảo hoàn toàn thuộc chế độ cần khảo sát + Ứng với chế độ cài đặt thời gian cho dịng hồn lưu, tiến hành đo độ rượu sản phẩm đỉnh chọn mâm hệ thống để đo độ rượu Tương tự vậy, tiến hành khảo sát chế độ lại dịng hồn lưu * Khảo sát độ rượu mâm cố định dịng hồn lưu: Khi khảo sát vị trí mâm cần cài đặt dịng hồn lưu thời gian định + Chờ hệ thống hoạt động ổn định + Sản phẩm đỉnh phải đảm bảo hoàn toàn thuộc chế độ cần khảo sát Ứng với chế độ cài đặt thời gian cho dịng hồn lưu, tiến hành đo độ rượu sản phẩm đỉnh lấy mẫu để đo độ rượu cho mâm hệ thống II LÝ THUYẾT TN Mơ hình mâm lý thuyết mơ hình tốn đơn giản dựa sở sau: 1) Cân pha lỏng - cho hỗn hợp cấu tử 2) Điều kiện động lực học lưu chất lý tưởng mâm cho pha lỏng - hơi: Pha lỏng phải hòa trộn hoàn toàn mâm (nồng độ đồng nhất) Pha không lôi giọt lỏng từ mâm lên mâm đồng thời có nồng độ đồng vị trí tiết diện mâm Trên mâm đạt cân hai pha 2.1 Hiệu suất Để chuyển từ số mâm lý thuyết sang số mâm thực ta cần phải biết hiệu suất mâm Có loại hiệu suất mâm thường dùng là: Hiệu suất mâm 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 mâm tổng quát (E0): Đơn giản sử dụng xác nhất, hiệu suất tổng quát định nghĩa sau: E0 = số mâm lý thuyết số bậc thang−1 = số mâm thực tế số mâm thực tế Với nồi đun xem tương đương với mâm lý thuyết Hiệu suất mâm Murphree (EM) EM = y n− y n +1 ¿ y n − y n+1 Trong đó: yn : Nồng độ thực pha rời mâm thứ n yn+1 : Nồng độ thực pha rời mâm thứ n (từ lên) y*n : Nồng độ pha cân với pha lỏng rời ống chảy chuyền mâm thứ n Hiệu suất mâm Murphree tỉ số biến đổi nồng độ pha qua mâm với biến đổi nồng độ cực đại đạt pha qua mâm với biến đổi nồng độ cực đại đạt pha rời mâm cân với pha lỏng rời mâm thứ n Nói chung với mâm có đường kính lớn, pha lỏng rời mâm với nồng độ khơng với nồng độ trung bình pha lỏng mâm, có khái niệm hiệu suất cục Hiệu suất cục (EC) EM = y ' n− y ' n+1 y 'en − y ' n+1 Trong đó: ' y n : Nồng độ rời khỏi vị trí cụ thể mâm n y ' n+1: Nồng độ pha vào mâm n vị trí ' y en : Nồng độ pha cân pha lỏng vị trí 2.2 Mối liên hệ hiệu suất mâm Murphree hiệu suất tổng quát Hiệu suất tổng quát tháp không với hiệu suất trung bình mâm Mối liên hệ hai hiệu suất tùy thuộc vào độ dốc tương đối đường cân đường làm việc Tuy nhiên, phân tích hoạt động tháp hay phần tháp thực tế, đó, ta xác định biến thiên nồng độ qua vài mâm vị trí khác xác định giá trị xác Em Em lấy E0 (Em = E0 ) III DỤNG CỤ, THIẾT BỊ TN - Hệ thống tháp chưng cất gồm mâm thực, loại mâm xuyên lỗ - Hệ thống đồng hồ đo nhiệt độ nồi đun, đầu vào, đầu nước giải nhiệt mâm - Hai lưu lượng kế đo dòng nước giải nhiệt - phù kế đo độ rượu - Thiết bị tách dịng hồn lưu sản phẩm đỉnh - ống khắc vạch (ống đong nhỏ lớn): ống lớn để chứa nhỏ để đo lưu lượng sản phẩm đỉnh - Nguyên liệu: Hỗn hợp rượu Ethanol – nước pha sẵn có nồng độ xác định IV KẾT QUẢ TN 4.1 Thí nghiệm 1: Khơng có dịng hoàn lưu Độ rượu ban đầu: 24 độ Bảng 1: Số liệu thí nghiệm khơng có dịng hồn lưu STT Thời gian (phút) Lưu lượng sản phẩm (ml/phút) 66 Độ rượu (độ) Nhiệt độ Nhiệt độ mâm (°C) đáy (°C) 68 92.5 90.0 62 67 93.1 90.3 12 61 66 93.5 90.8 16 58 65 94.0 91.7 20 59 64 94.4 91.6 24 56 61 94.8 91.9 28 56 58 95.3 92.5 32 55 55 95.6 92.6 Vẽ đồ thị: 89 90 90 90 91 91 92 92 90.1 90.6 90.7 90.3 90.8 90.8 90.8 91.2 91.2 91.2 91.6 91.7 91.6 92.0 92.1 92.0 92.4 92.5 92.5 92.9 92.9 92.9 93.3 93.4 90 90 91 91 91 92 92 93 90.2 90.5 90.7 91.4 91.6 92.2 92.5 93.0 4.1.1 Thời gian – độ rượu Đồ thị 1: Thời gian – độ rượu dịng hồn lưu 4.1.2 Thời gian – nhiệt độ mâm Đồ thị 2: Thời gian – nhiệt độ mâm khơng có dịng hồn lưu 4.1.3 Thời gian – nhiệt độ đáy Đồ thị 3: Thời gian – nhiệt độ đáy khơng có dịng hồn lưu 4.1.4 Thời gian – lưu lượng sản phẩm đỉnh Đồ thị 4: Thời gian – lưu lượng sản phẩm đỉnh khơng có dịng hồn lưu 4.2 Thí nghiệm 2: Thay đổi dịng hồn lưu Độ rượu ban đầu: 24 độ Bảng 2: Số liệu thí nghiệm có thay đổi dịng hoàn lưu STT Thời gian (giây) 30 60 90 120 150 180 210 240 Lưu lượng sản phẩm (ml/phút) 69 72 74 74 73 73 72 68 Độ rượu (độ) Nhiệt độ đáy (°C) 84 78 82 84 84 85 85 81 92.7 93.2 93.7 94.2 94.8 95.3 96 96.6 90.1 90.3 90.9 91.3 91.9 92.3 93.2 93.7 Nhiệt độ mâm (°C) 89.8 90.0 90.6 91.0 91.6 92.1 92.9 93.5 90.1 90.3 91.0 91.4 91.9 92.5 93.2 93.9 90.5 90.8 91.3 91.8 91.2 92.9 93.6 94.2 90.6 90.9 91.2 91.6 91.9 92.4 93.0 93.9 90.4 90.3 89.6 89.4 88.4 88.4 88.3 90.8 87.4 87.5 84.5 85.2 82.7 82.8 82.0 85.4 Vẽ đồ thị: 4.2.1 Thời gian – độ rượu Đồ thị 5: Thời gian – độ rượu có thay đổi dịng hồn lưu 4.2.2 Thời gian – nhiệt độ mâm Đồ thị 6: Thời gian – nhiệt độ mâm có thay đổi dịng hồn lưu 4.2.3 Thời gian – nhiệt độ đáy Đồ thị 7: Thời gian – nhiệt độ đáy có thay đổi dịng hồn lưu 4.2.4 Thời gian – lưu lượng sản phẩm đỉnh Đồ thị 8: Thời gian – lưu lượng sản phẩm đỉnh có thay đổi dịng hồn lưu V BÀN LUẬN, NHẬN XÉT Nếu bỏ qua hồn lưu nồng độ rượu thu không cao, lưu lượng sản phẩm đỉnh thu thấp, chưng cất lâu lưu lượng sản phẩm đỉnh Nếu có hồn lưu, nồng độ rượu thu cao hẳn, lưu lượng hoàn lưu lớn, lưu lượng sản phẩm đỉnh nhiều 10 Lưu lượng dịng hồn lưu lớn, độ rượu cao Vị trí hồn lưu mâm cao để tránh mâm bị khô VI PHỤ LỤC Đồ thị số liệu toàn xử lý phần mềm Excel VII TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ mơn Q trình – Thiết bị, “Thí nghiệm Quá trình – Thiết bị”, Đại học Bách Khoa Tp.HCM, 2003 Vũ Bá Minh – Võ Văn Bang, “Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học – Tập 3: Truyền khối”, Nhà xuất Đại học Quốc gia Tp.HCM, 2018 11