bài giảng nguyên lý chưng cất

Thành phần pha hơi sinh ra khi đun sôi một dung dịch: Pha hơi sinh ra khi chất lỏng nguyên chất sôi là pha hơi đơn chất. Pha hơi sinh ra khi một dung dịch sôi là một hỗn hợp của tất cả các hợp phần của dung dịch và có thành phần phụ thuộc vào thành phần của dung dịch lỏng theo định luật Konovalov. QUY TẮC KÔNÔVALÔP:  có hai QTK: 1) Ở trạng thái cân bằng lỏng, hơi của một dung dịch lỏng gồm 2 cấu tử, pha hơi sẽ giàu một cách tương đối (so với pha lỏng), đối với cấu tử nào mà khi thêm nó vào dung dịch thì áp suất hơi chung tăng lên. 2) Tại điểm cực trị của áp suất hơi chung, thành phần của pha hơi và pha lỏng là như nhau. Các quy tắc này còn gọi là định luật; do nhà hoá học Nga Kônôvalôp (D. P. Konovalov; 1856 1929) đưa ra (1881).  Định luật Konovalov: Khi sôi một dung dịch lỏng cho ra một pha hơi giàu chất dễ sôi hơn so với dung dịch lỏng. Đối với dung dịch lí tưởng sự phụ thuộc của áp suất hơi vào thành phần dung dịch tuân theo định luật Raun: áp suất hơi riêng phần Pi của cấu tử i bằng tích áp suất hơi của cấu tử i nguyên chất Poi với nồng độ phân số mol xi của nó trong dung dịch.

NGUYÊN LÝ CHƯNG CẤT I. C S LÝ THUY T C A QUÁ TRÌNH CH NG C TƠ Ở Ế Ủ Ư Ấ Nhiệt độ sôi của Butan Áp suất, atm Nhiệt độ, o C 1 0 3.41 36 4.80 50 I.1. SỰ SÔI CỦA DUNG DỊCH:  Sự sôi của chất nguyên chất: Một chất lỏng sẽ sôi ở nhiệt độ mà tại đó áp suất hơi bão hoà của nó bằng áp suất môi trường đè lên mặt thoáng.  Sự phụ thuộc nhiệt độ sôi theo áp suất: I.1. S SÔI C A DUNG D CH:Ự Ủ Ị Thành phần pha hơi sinh ra khi đun sôi một dung dịch: Định luật Konovalov: Khi sôi một dung dịch lỏng cho ra một pha hơi giàu chất dễ sôi hơn so với dung dịch lỏng. I.2. NGUYÊN LÝ C A QUÁ TRÌNH CH NG C TỦ Ư Ấ  Phần nhẹ (distillat);  Phần nặng (redue). Chưng cất là quá trình tách một dung dịch bằng cách đun sôi nó, rồi ngưng tụ hơi bay ra để được 2 phần: II. Cơ sở lý thuyết chưng cất dầu mỏ Chưng cất đơn giản Chưng cất bay hơi dần dần; Chưng cất bay hơi một bậc; Chưng cất bay hơi đa bậc. Chưng cất phức tạp: Chưng cất có hồi lưu; Chưng cất có tinh luyện; Chưng cất chân không; Chưng cất hơi nước. II. Cơ sở lý thuyết chưng cất dầu mỏ Chưng cất đơn giản được ứng dụng khi: • Khi nhiệt độ sôi của 2 chất khác xa nhau; • Không đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao; • Tách hỗn hợp lỏng ra khỏi tạp chất không bay hơi; • Tách sơ bộ hỗn hợp nhiều cấu tử. Nhược điểm: • Không đạt được độ phân chia cao khi cần phân chia rõ ràng các cấu tử thành phần của hỗn hợp chất lỏng. Ch ng c t đ n gi nư ấ ơ ả  Chưng cất bay hơi dần dần Hơi tạo thành thoát ra khỏi thiết bị chưng cất ngay lập tức, ngưng tụ trong thiết bị làm lạnh – ngưng tụ và được thu hồi dưới dạng distilat. Ch ng c t đ n gi nư ấ ơ ả  Chưng cất bay hơi một bậc: Hơi tạo thành thoát ra khỏi thiết bị chưng cất ngay lập tức, ngưng tụ trong thiết bị làm lạnh – ngưng tụ và được thu hồi dưới dạng distilat • Ưu điểm: áp dụng trong điều kiện thực tế chưng cất dầu; • Nhược điểm: nhiệt độ chưng bị giới hạn Ch ng c t đ n gi nư ấ ơ ả  Chưng cất bay hơi nhiều lần: gồm nhiều quá trình bay hơi một lần nối tiếp nhau ở nhiệt độ tăng cao dần đối với phần cặn. Chưng cất hồi lưu: [...].. .Chưng cất phức tạp Chưng cất tinh luyện Dựa vào quá trình trao đổi chất nhiều lần giữa pha lỏng và hơi nhờ vào các đĩa hay đệm Chưng cất phức tạp Chưng cất chân không và chưng cất với hơi nước:  Tránh sự phân hủy các phân đoạn có nhiệt độ sôi cao bằng cách sử dụng chân không hoặc hơi nước để hạn chế nhiệt độ chưng cất  Tăng nồng độ thành phần sôi cao trong cặn chưng cất dầu Ảnh hưởng... hơn khi tạo các bong bóng hơi nước trong bay hơi hydrocacbon I.3 các loại tháp chưng cất và lựa chọn mâm chưng cất Phân loại thiết bị chưng cất: Theo phương pháp hoạt động của tháp  Tháp hoạt động theo chu kỳ;  Tháp hoạt động liên tục Theo kết cấu tiếp xúc  Tháp đĩa;  Tháp chưng cất mâm chóp;  Tháp đệm (tháp chưng cất dùng vật chêm) Tháp hoạt động theo chu kỳ Ứng dụng: cụm thiết bị công suất... tháp đ ệm Tháp chưng cất Ưu điểm Nhược điểm Tháp đệm chế tạo đơn giản , trở lực thấp hiệu suất thấp, kém ổn định do sự phân bố các pha theo tiết diện tháp không đều, sử dụng tháp chêm không cho phép ta kiểm soát quá trình chưng cất theo không gian tháp, tháp chêm khó chế tạo được kích thước lớn ở qui mô công nghiệp Tháp chưng cất dạng đĩa Đĩa chưng cất Đĩa: Hoạt động của đĩa dựa trên nguyên tắc thực... chuyền: được sử dụng rộng rãi nhất Đĩa chưng cất Loại đĩa Nguyên lý hoạt động Ứng dụng 1 Đĩa loại chảy ngược dòng Lỏng và hơi lần lượt xen kẽ Có hiệu suất cao, độ linh không có ống chảy truyền đi qua các lỗ đục trên đĩa động kém, tháp có đường tiếp xúc ngược chiều nhau kính tương đối nhỏ (≤ 1,8m) do sự phân bố lỏng trên bề mặt đĩa kém Đĩa chưng cất Loại đĩa Nguyên lý hoạt động Ứng dụng 2 Đĩa vách ngăn... một (10-15%) nhưng độ linh động lại màng chất lỏng chảy xuống từ lớn nhất vách ngăn Đĩa vách ngăn có cấu tạo rất đơn giản, thường dùng cho các trường hợp nguyên liệu bẩn, dễ đóng cặn và cho phép làm việc với lưu lượng lớn Đĩa chưng cất Loại đĩa Nguyên lý hoạt động Ứng dụng 3 Đĩa loại chảy chéo có ống chảy Sự tiếp xúc được thực hiện chéo Có hiệu suất cao, độ linh động chuyền: dòng giữa pha lỏng chuyển... chóp và tháp đ ệm Tháp chưng cất Ưu điểm Nhược điểm Tháp đĩa (tháp mâm xuyên lỗ) chế tạo đơn giản, vệ sinh dễ yêu cầu lắp đặt cao: mâm lắp phải dàng, trở lực thấp hơn tháp chóp, rất phẳng, đối với những tháp có ít tốn kim loại hơn tháp chóp đường kính quá lớn (>2.4m) ít dùng mâm xuyên lỗ vì khi đó chất lỏng phân phối không đều trên mâm tháp đĩa, tháp mâm chóp và tháp đ ệm Tháp chưng cất Ưu điểm Nhược điểm... dòng giữa pha lỏng chuyển động cao, sử dụng phổ biên ngang qua bề mặt khu vực hoạt động và pha hơi đi từ dưới lên xuyên qua các lỗ đĩa Lỏng sau khi tiếp xúc với hơi sẽ chảy xuống ống chảy chuyền Đĩa chưng cất  Đĩa nhiều lỗ (Sieve Trays) ;  Đĩa chụp (Bubble–Cap Trays) ;  Đĩa ống khói (Chimmey Trays);  Đĩa van (Valve Trays) Đĩa lỗ Đĩa lỗ Đĩa là tập hợp các lỗ đục, có cấu tạo đơn giản, dễ vệ sinh,... Sự tiếp xúc này được đảm bảo bởi chiều cao của ống chảy chuyền so với thân chóp Ưu điểm: có độ linh động lớn, có thể được dùng hầu hết trong các ứng dụng Nhược điểm: giá thành đắt ĐĨA VAN ĐĨA VAN Nguyên lý hoạt động chung là các van sẽ đóng mở ở một ví trí tùy thuộc vào lưu lượng của dòng hơi từ dưới lên  tháp hoạt động tương đối ổn định hạn chế hiện tượng lỏng kéo theo dòng hơi do tốc độ quá lớn... tới 2030%  đĩa chưng luyện dạng này cho phép tháp hoạt động rất ổn định, thậm chí ở lưu lượng dòng khí/hơi thấp Ống chảy truyền  Vai trò, nhiệm vụ: đảm bảo sự giải phóng pha hơi tiếp tục đi lên phía trên và hướng pha lỏng xuống đĩa phía dưới đảm bảo nhập liệu đều đặn cho đĩa tiếp theo sau Việc bố trí số ống chảy truyền, kết cấu ống chảy truyền ảnh hưởng tới số dòng chảy trên đĩa chưng, diện tích... Việc bố trí số ống chảy truyền, kết cấu ống chảy truyền ảnh hưởng tới số dòng chảy trên đĩa chưng, diện tích bề mặt hiệu dụng của đĩa do đó ảnh hưởng gián tiếp tới hiệu suất và kích thước của tháp chưng cất Một số kiểu phân bố dòng chảy trong tháp . II. Cơ sở lý thuyết chưng cất dầu mỏ Chưng cất đơn giản Chưng cất bay hơi dần dần; Chưng cất bay hơi một bậc; Chưng cất bay hơi đa bậc. Chưng cất phức tạp: Chưng cất có hồi lưu; Chưng cất có tinh. phần cặn. Chưng cất hồi lưu: Chưng cất phức tạp Chưng cất tinh luyện Dựa vào quá trình trao đổi chất nhiều lần giữa pha lỏng và hơi nhờ vào các đĩa hay đệm Chưng cất phức tạp Chưng cất chân. tạp: Chưng cất có hồi lưu; Chưng cất có tinh luyện; Chưng cất chân không; Chưng cất hơi nước. II. Cơ sở lý thuyết chưng cất dầu mỏ Chưng cất đơn giản được ứng dụng khi: • Khi nhiệt độ sôi của