CHƯNG cất đa cấu tử CHƯƠNG 3 các PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THÁP CHƯNG cất PHÂN đoạn hỗn hợp NHIỀU cấu tử đơn GIẢN

CHƯNG CẤT ĐA CẤU TỬ CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN THÁP CHƯNG CẤT PHÂN ĐOẠN HỖN HỢP NHIỀU CẤU TỬ ĐƠN GIẢN ĐẶT VẤN ĐỀ  Đối với hệ hai cấu tử → đường cong cân t–x(y) y-x → số liệu ban đầu nồng độ cấu tử vị trí: nhập liệu, đỉnh đáy tháp → đơn giản → tính xác  Đối với hệ đa cấu tử → sử dụng phương pháp đơn giản hóa để tính tốn Phương pháp tính số bậc thay đổi nồng độ đới với hệ hai cấu tử  Có hai phương pháp thiết lập mối quan hệ số đĩa lý thuyết (số bậc thay đổi nồng độ), tỷ số lỏng-hơi nồng độ dòng sản phẩm  Phương pháp Ponchon – Savarit: sử dụng giản đồ Hxy xy, áp dụng trường hợp, nhiên cần có đủ kiện nhiệt  Phương pháp Mc Cape – Thiele: sử dụng giản đồ xy, đơn giản phương pháp trên, thích hợp số trường hợp có tổn thất nhiệt, sở phương pháp xem gần đường làm việc đoạn chưng đoạn luyên đường thẳng Phương pháp tính số bậc thay đổi nồng độ đới với hệ hai cấu tử Phương pháp Ponchon – Savarit GIẢN ĐỒ CÂN BẰNG PHA Cân bằng vật chất và enthalpie -Cân bằng tổng: A =L+V - Cân bằng vật chất: A.z = L.x + V.y -Cân bằng enthalpie: A.H = L.h + V.H Phương pháp Ponchon – Savarit Thiết lập cân bằng đoạn chưng và luyện CÂN BẰNG TRONG ĐOẠN LUYỆN Với rfp = Lp/D là tỷ số hồi lưu tại đĩa p ta có Trên giản đồ enthalpie các điểm Vp+1, Lp và PR nằm một đường thẳng Phương pháp Ponchon – Savarit Thiết lập cân bằng đoạn chưng và luyện CÂN BẰNG TRONG ĐOẠN CHƯNG Với rbq = Vq/R là tỷ số đáy tại đĩa q ta có Trên giản đồ enthalpie các điểm Vq, Lq+1 và PE nằm một đường thẳng Phương pháp Ponchon – Savarit Thiết lập cân bằng đoạn chưng và luyện Giản đồ cân bằng enthalpie Khi xác định được các điểm P R và PE, với thành phần pha lỏng xp, xq+1 đã biết, hoàn toàn có thể xác định thành phần pha dựa vào giản đồ cân bằng Phương pháp Ponchon – Savarit Xây dựng giản đồ  Xác định các điểm PE, PR, A đường thẳng từ cân bằng chung của tháp Phương pháp Ponchon – Savarit Xây dựng giản đồ  Xây dựng giản đồ đoạn luyện từ V tương ứng thành phần y1 = xD  Xác định vị trí nạp liệu Điều kiện nạp liệu chính xác: Xn > xA > xn+1 Các bước: -Xác định Ln - Xác định xm+1  Xây dựng giản đồ đoạn chưng:- từ địnhtừLđườ o đườ cân m dựa XáV c mđịxá nhc V ngvàthẳ ng VnmgLm+1 PE m bằng cho đến thành phần pha lỏng x < xR Phương pháp Ponchon – Savarit Xây dựng giản đồ  Xác định vị trí nạp liệu: xét trạng thái nhập liệu đơn giản  Nhập liệu ở điểm sôi Đoạn luyện: Ln, Vm, PR thẳng hàng Đoạn chưng: Lm, Vm+1, PE thẳng hàng Bảng giả thiết phân bố nồng độ Nguyên liệu Cấu tử Sản phẩm đỉnh Sản phẩm đáy mol phần mol mol phần mol mol phần mol C2 (V) 0,080 0,157 0,000 C3 (CV) 22 0,220 21,5 0,423 0,5 0,010 iC4 (iV) 14 0,140 0,177 0,102 nC4 (iL) 24 0,240 12 0,236 12 0,244 iC5 (CL) 10 0,100 0,16 0,003 9,84 0,200 nC5 (L) 22 0,220 0,16 0,003 21,84 0,444 Tổng 100 1,000 50,82 1,000 49,18 1,000 Trình tự tính tốn Chuẩn bị kiện giả thiết Tính độ bay tương đối ⇒ Lấy giá trị trung bình vị trí: đỉnh, đáy, nạp liệu ⇒ Tại vị trí cần biết nhiệt độ, từ suy giá trị số cân pha tính độ bay tương đối ⇒ Chú ý: tính theo cấu tử khóa nặng iC5  Tại đỉnh tháp: Nhiệt độ đỉnh nhiệt độ điểm sương hỗn hợp đỉnh Cấu tử Nhiệt độ giả thiết nhiệt độ điểm sương t = 50°C yi = xiD Ki xi = yi/Ki αiD = Ki/KCL C2 (V) 0,157 4,4 0,036 16,296 C3 (CV) 0,423 1,55 0,273 5,741 iC4 (iV) 0,177 0,74 0,239 2,741 nC4 (iL) 0,236 0,56 0,422 2,074 iC5 (CL) 0,003 0,27 0,012 1,000 nC5 (L) 0,003 0,21 0,015 0,778 Tổng 1,000 0,996 Tại đáy tháp: Nhiệt độ đáy nhiệt độ điểm sôi hỗn hợp đáy Cấu tử Nhiệt độ giả thiết nhiệt độ điểm sôi t= 102°C xiR Ki yi = Ki.xi αiR = Ki/KCL C2 (V) 0,000 7,2 0,000 9,231 C3 (CV) 0,010 3,05 0,031 3,910 iC4 (iV) 0,102 1,71 0,174 2,192 nC4 (iL) 0,244 1,42 0,346 1,821 iC5 (CL) 0,200 0,78 0,156 1,000 nC5 (L) 0,444 0,67 0,298 0,859 Tổng 1,000 1,005 Tại đĩa nạp liệu: Nhiệt độ nạp liệu theo giả thiết 65°C Tại nhiệt độ ta tính %bốc suy giá trị cân pha Giả sử V =25% t=65°C Cấu tử zi Ki 1+Ki/3 li = 100 Zi/(1+Ki/3) xi αiF = Ki/KCL C2 (V) 0,080 5,2 2,733 2,927 0,039 13,684 C3 (CV) 0,220 1,95 1,650 13,333 0,178 5,132 iC4 (iV) 0,140 0,93 1,310 10,687 0,143 2,447 nC4 (iL) 0,240 0,76 1,253 19,149 0,256 2,000 iC5 (CL) 0,100 0,38 1,127 8,876 0,118 1,000 nC5 (L) 0,220 0,31 1,103 19,940 0,266 0,816 Tổng 1,000 74,911 1,000 Bảng tổng kết số liệu α Cấu tử αiF αiD αiR αi C2 (V) 13,684 16,296 9,231 12,721 C3 (CV) 5,132 5,741 3,910 4,866 iC4 (iV) 2,447 2,741 2,192 2,450 nC4 (iL) 2,000 2,074 1,821 1,962 iC5 (CL) 1,000 1,000 1,000 1,000 nC5 (L) 0,816 0,778 0,859 0,817 Trình tự tính tốn  Xác định Nmin theo công thức Fenske Kiểm tra giả thiết phân bố nồng độ cách giải hệ phương trình Fenske viết cho cấu tử khác  Gọi a số mol iC5 sản phẩm đỉnh tháp, ta có  Cấu tử Đỉnh Đáy iC5 (mol) a 10 -a nC5 (mol) 0,32 - a 21,68 + a Công thức Fenske viết dạng xiD x jR ⋅ = (α ij ) N x jD xiR Trình tự tính tốn Xác định Nmin theo cơng thức Fenske  Viết công thức Fenske cho cặp cấu tử sau  C3 iC5 21,5 10 − a ⋅ = (4,866) N 0,5 a  C3 nC5 21,5 21,68 + a 4,866 N ⋅ =( ) 0,5 0,32 − a 0,82  Giải hệ ta có: Nmin = 4,9206 Cấu tử Đỉnh Đáy iC5 (mol) 0,17562268 9,8243773 nC5 (mol) 0,14437732 21,855623 Trình tự tính tốn  Xác định Nmin theo cơng thức Fenske Gọi b số mol C2 đỉnh, Viết công thức Fenske cho C2 iC5 b 9,824 ⋅ = (12,721) 4,9206 − b 0,176  Giải b = 7,998 Gọi c số mol iC4 đỉnh, Viết công thức Fenske cho iC4 iC5 c 9,824 ⋅ = ( 2,450) 4,9206 14 − c 0,176  Giải c = 8,331 Gọi d số mol nC4 đỉnh, Viết công thức Fenske cho nC4 iC5 d 9,824 ⋅ = (1,962) 4,9206 24 − d 0,176 Giải d = 7,920 Bảng phân bố nồng độ tính tốn Cấu tử Ngun liệu Sản phẩm đỉnh Sản phẩm đáy mol phần mol mol phần mol mol phần mol C2 (V) 0,080 7,998 0,174 0,002 0,000 C3 (CV) 22 0,220 21,500 0,467 0,500 0,009 iC4 (iV) 14 0,140 8,331 0,181 5,669 0,105 nC4 (iL) 24 0,240 7,920 0,172 16,080 0,298 iC5 (CL) 10 0,100 0,176 0,004 9,824 0,182 nC5 (L) 22 0,220 0,144 0,003 21,856 0,405 Tổng 100 1,000 46,070 1,000 53,930 1,000 Nhận xét kết tính tốn phân bố nồng độ Nmin  Sự sai khác kết tính tốn với giả thiết phân bố nồng độ ban đầu không lớn trừ trường hợp nC4 Tuy nhiên cấu tử trung gian, ta khơng có u cầu chặt chẽ Mặt khác giá trị phân bố nồng độ tính tốn khơng làm thay đổi đáng kể nhiệt độ điểm sương nhiệt độ sôi hỗn hợp đỉnh đáy Do sử dụng số liệu phân bố nồng độ giá trị Nmin tính tốn mà khơng cần phải tính lặp lại Trình tự tính tốn  Tính tỷ số hồi lưu tối thiểu Rmin: Sử dụng cơng thức Maxwell tính Rmin hai trường hợp biên trạng thái nạp liệu, sau nội suy Rmin tương ứng với hỗn hợp nguyên liệu Tính giá trị l: Nhập liệu dạng lỏng Nhập liệu dạng %bốc l %bốc 0,0629 0,0629 0,452 Cấu tử zi αi C2 (V) 0,080 12,721 C3 (CV) 0,220 4,866 2,200 iC4 (iV) 0,140 2,450 1,400 nC4 (iL) 0,240 1,962 0,917 0,370 iC5 (CL) 0,100 1,000 nC5 (L) 0,220 0,817 1,000 1,000 78 l 0,571 Trình tự tính tốn  Tính tỷ số hồi lưu tối thiểu Rmin: Xác định Rmin cho trạng thái nạp liệu dạng lỏng:  4,866.2,2 + 1  0,467  Rmin 8% + =  ⋅ − , 004   2,2 + , 866 −     12,721 + (0,174 − 0,0629.0,004) + 12,721 − 2,45 + (0,181 − 1,4.0,004) + 2,45 − 1,962 0,467 + ( − 0,172) 4,866 − 1,962 0,917 0,817 0,467 + ( − 0,003) 4,866 − 0,817 = 1,4368 ⇒ Rmin 8% = 0,4368 Trình tự tính tốn  Tính tỷ số hồi lưu tối thiểu Rmin: Xác định Rmin cho trạng thái nạp liệu dạng hơi:  4,866.0,452 + 1  0,467  Rmin 78% + =  ⋅ − , 004   0,452 + , 866 −     12,721 + (0,174 − 0,0629.0,004) + 12,721 − 2,45 + (0,181 − 0,571.0,004) + 2,45 − 1,962 0,467 + ( − 0,172) 4,866 − 1,962 0,370 0,817 0,467 + ( − 0,003) 4,866 − 0,817 = 2,1717 ⇒ Rmin 78% = 1,1717 Trình tự tính tốn  Tính tỷ số hồi lưu tối thiểu Rmin: Xác định Rmin cho trạng thái nạp liệu thực tế với 25% bốc hơi: Rmin 25% = 0,4368 + (1,1717 − 0,4368).(25 − 8) (78 − 8) Rmin 25% = 0,6153  Xác định R từ biểu đồ Gilliland ... hai trình tính tốn CHƯNG CẤT PHÂN ĐOẠN HỖN HỢP NHIỀU CẤU TỬ ĐƠN GIẢN Phương pháp đơn giản hóa Gilliland Phương pháp tính đĩa (Shortcut) Phương pháp đơn giản hóa Gilliland 1.1 Hệ thức đơn giản hóa... hai cấu tử → đường cong cân t–x(y) y-x → số liệu ban đầu nồng độ cấu tử vị trí: nhập liệu, đỉnh đáy tháp → đơn giản → tính xác  Đối với hệ đa cấu tử → sử dụng phương pháp đơn giản hóa để tính. .. x jR  Phương pháp đơn giản hóa Gilliland 1 .3 Tỷ số hồi lưu tối thiểu Trong chưng cất hệ đa cấu tử, Gilliland đề nghị số phương pháp tính Rmin nêu lên số vân đề sau:  Việc hồi lưu cấu tử khóa