Phúc trình thí nghiệm quá trình và thiết bị bài chưng cất

Phúc trình thí nghiệm quá trình và thiết bị bài chưng cất Phúc trình thí nghiệm quá trình và thiết bị bài chưng cất Phúc trình thí nghiệm quá trình và thiết bị bài chưng cất Phúc trình thí nghiệm quá trình và thiết bị bài chưng cất Phúc trình thí nghiệm quá trình và thiết bị bài chưng cất

Đại học Quốc gia TP.Hồ Chí Minh Trường Đại Học Bách Khoa Khoa Kỹ Thuật Hóa Học BỘ MÔN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ Phúc trình thí nghiệm Quá trình & Thiết bị Bài: CHƯNG CẤT \ CBHD: Thầy Ngô Văn Tuyền Sinh viên: Trần Ngọc Quốc Hưng MSSV: 1411634 Nhóm: 3.3 Lớp: HC14HD Ngày TN: 06/09/2016 Năm học: 2016 - 2017 MỤC LỤC TRÍCH YẾU Trang 01 1.1 Mục đích thí nghiệm Trang 01 1.2 Phương pháp thí nghiệm Trang 01 1.3 Kết nhận xét Trang 01 LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM Trang 02 2.1 Chưng cất hệ cấu tử Trang 02 2.1.1 Cân pha chưng cất cấu tử A B 2.1.2 Các phương trình đường làm việc tháp chưng cất 2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình chưng cất Trang 04 2.2.1 Trạng thái nhiệt động nguyên liệu 2.2.2 Tỉ số hoàn lưu 2.2.3 Độ bay tương đối 2.3 Các cách đánh giá hiệu suất trình chưng cất Trang 06 DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM .Trang 08 3.1 Dụng cụ thiết bị .Trang 08 3.2 Nguyên liệu Trang 08 3.3 Sơ đồ thiết bị sử dụng thí nghiệm Trang 08 3.4 Phương pháp thí nghiệm Trang 09 3.4.1 Khảo sát ảnh hưởng lưu lượng dòng hoàn lưu 3.4.2 Khảo sát ảnh hưởng vị trí mâm nhập liệu KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM .Trang 09 ĐỒ THỊ Trang 10 BÀN LUẬN Trang 15 PHỤ LỤC Trang 17 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trang 19 TRÍCH YẾU: - 1.1 Mục đích thí nghiệm: Tiến hành chưng cất thu Ethanol từ hỗn hợp ethanol – nước để khảo sát ảnh hưởng của: + Lưu lượng dòng hoàn lưu + Vị trí mâm nhập liệu đến độ tinh khiết sản phẩm đỉnh hiệu suất tháp chưng cất - 1.2 Phương pháp thí nghiệm: 1.2.1 Khảo sát ảnh hưởng lưu lượng dòng hoàn lưu : (3 chế độ TN) Điều chỉnh lưu lượng dòng nhập liệu độ đọc 30 nhập liệu vào mâm cố định (mâm số 4); vị trí mâm tính từ lên miệng nồi đun mâm TN với ba chế độ khác dòng hoànlưu độ đọc: 5, 10, 15 1.2.2 Khảo sát ảnh hưởng vị trí mâm nhập liệu: (2 chế độ TN) Thay đổi vị trí nhập liệu (mâm số 5, 2) Lưu lượng dòng nhập liệu vận giữ nguyên độ đọc 30 dòng hoàn lưu độ đọc 10 1.3 Kết nhận xét: Bảng 1: Số liệu thô Lưu lượng (độ đọc) TN - Vị trí mâm 4 Độ rượu Nhập liệu (F) Đỉnh (D) ml/ 30s Hoàn lưu (L0) Nhập liệu Đỉnh 30 30 30 30 30 50 40 27 34 46 10 15 10 10 40 40 40 40 40 80 85 92 83 84 Nhiệt độ Nhập liệu (tF) Hoàn lưu (tL0) Đáy (tW) 70 63 70 69 71 77 74 74 76 74 92 88 90 92 94 Đỉnh (tD) Hơi Lỏng 80 77 71 76 76 40 42 40 40 40 Nhận xét kết thô: Kết tương đối phù hợp so với lý thuyết: Lưu lượng hoàn lưu lớn, sản phẩm đỉnh tinh khiết Vị trí mâm nhập liệu thấp, sản phẩm đỉnh không tinh khiết LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM: - Chưng cất trình dùng để tách cấu tử hỗn hợp lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác cấu tử hỗn hợp - Cơ sở trình chưng dựa vào độ bay khác cấu tử hỗn hợp: nhiệt độ cấu tử có áp suất lớn dễ bay hơn, áp suất cấu tử có nhiệt độ sôi thấp dễ bay - Chưng cất (chưng luyện) chưng hỗn hợp nhiều lần cách tiến hành lặp lại trình đun sôi ngưng tụ hỗn hợp Đây cách phân tách triệt để dùng phổ biến công nghiệp hóa học - 2.1 Chưng cất hệ cấu tử: 2.1.1 Cân pha chưng cất cấu tử A B: Bậc tự hệ: - Gọi pA, pB: áp suất riêng phần cấu tử A B pha khí poA, poB: áp suất bão hòa A B nguyên chất nhiệt độ xA, yA, xB, yB: tương ứng phần mol A B pha lỏng pha khí Đối với hệ lý tưởng, theo dịnh luật Raoult, ta có: - Áp suất chung: (1)  - - Với : gọi độ bay tương đối A B Nhưng hệ ethanol-nước, hệ hệ có sai lệch dương nên có áp suất tổng lớn áp suất tính theo định luật Rauolt (phương trình (1)) Vì áp dụng phương trình (2) để vẽ đồ thị cân pha Hệ ethanol-nước có điểm đẳng phí, nhiệt độ sôi hệ đạt cực tiểu Số liệu cân pha hệ ethanol-nước áp suất thường lấy theo thực nghiệm sau (x, y phần trăm mol cấu tử ethanol pha lỏng pha khí) Bảng 2: Số liệu cân pha x -y hệ rượu - nước 250C x y t, oC - 0 100 5.0 33 90 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100 44.3 53.1 57.6 61.4 65.4 69.9 75.3 81.8 89.8 100 86.5 83.2 81.7 80.8 80.0 79.4 79.0 78.6 78.4 78.4 Điểm đẳng phí x = y = 89.4, t = 78.15oC Từ ta thấy được, áp dụng chưng cất để phân riêng hỗn hợp này, nồng độ rượu cao đạt tới 89.4% mol, tức độ rượu = 96.46 độ Muốn thu cồn tuyệt đối ta phải dùng kỹ thuật khác 2.1.2 Các phương trình đường làm việc tháp chưng cất : - Phương trình đường cất: • • - Với: R: tỷ số hoàn lưu; (Lo: dòng hoàn lưu, D: lượng sản phẩm đỉnh) xD: nồng độ sản phẩm đỉnh Phương trình đường chưng: • • • - Với: xw: nồng độ sản phẩm đáy f: hệ số tiếp liệu; (F: dòng nhập liệu, D: dòng sản phẩm đỉnh) R: tỷ số hoàn lưu Phương trình đường nhập liệu: • • • Với: xF: nồng độ nhập liệu q: tỷ số nhiệt cần thiết để biến mol nhập liệu từ trạng thái đầu thành bão hòa với ẩn nhiệt hóa (hG – hL) q tính theo công thức: • hG, hL, hF: trạng thái nhiệt dòng hơi, dòng lỏng, dòng nhập liệu qua mâm nhập liệu 2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình chưng cất: 2.2.1 Trạng thái nhiệt động nguyên liệu: G,hG y L,hL x F,hF, xF G’,hG’,yG’ - - L’,hL’ xL’ Hình 1: Ký hiệu dòng lỏng, dòng hơi, dòng nhập liệu mâm nhập liệu Đại lượng q cho biết lưu lượng lỏng thay đổi từ đoạn cất tới đoạn chưng Do đường nhập liệu chứa quỹ tích điểm nhập liệu (giao điểm đường chưng đường cất) nên q thay đổi làm thay đổi hệ số góc phương trình đường nhập liệu dẫn đến thay đổi vị trí nhập liệu Sự ảnh hưởng thể bảng hình Bảng q Pha lỏng Pha Hệ số góc đường nhập liệu q q −1 q>1 L’ > L+F G < G’ >1 q=1 L’ = L+F G = G’ ∞ 1>q>0 L[...]... thực phẩm – Tập 3 – Truyền Khối”, NXB ĐHQG Tp HCM, ĐHBK Tp.HCM, 2011, 388 tr [2] Bộ môn Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất (Khoa hóa, Trường ĐHBK Hà Nội), “Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất – Tập I”, NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, Hà Nội, 1992, 630 tr [3] Bộ môn Máy và Thiết bị, “Bảng tra cứu qu trình cơ học truyền nhiệt-truyền khối”, NXB ĐHQG Tp HCM, ĐHBK Tp.HCM, 2011, 68 tr ... Phương trình đường nhập liệu y = 34.215x - 5.467 - Phương trình đường cất y = 0.610x + 0.303 Thí nghiệm 4: Vị trí mâm số 2, R = 0.829, 2 mâm lý thuyết, xD = 0.597 Phương trình đường nhập liệu Phương trình đường cất y = 32.083x - 5.125 y = 0.453x + 0.326 - Thí nghiệm 5: Vị trí mâm số 5, R = 0.613, 3 mâm lý thuyết, xD = 0.614 Phương trình đường nhập liệu y = 36.678x - 5.857 Phương trình đường cất y =... dòng hoàn lưu và vị trí mâm nhập liệu đến độ tinh khiết của sản phẩm và hiệu suất tổng quát cảu tháp chưng cất: a Ảnh hưởng của lưu lượng dòng hoàn lưu đến độ tinh khiết của sản phẩm: - Quá trình chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của một hỗn hợp lỏng cũng như hỗn hợp khí-lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa trên sự khác nhau về độ bay hơi của chúng Khi tiến hành một quá trình như vậy,... 0.614 Hiệu suất tổng quát 0.4 0.6 1 0.4 0.6 5 ĐỒ THỊ : - Thí nghiệm 1: Vị trí mâm số 4, R = 0.282, 2 mâm lý thuyết, xD = 0.548 Phương trình đường nhập liệu y = 34.215x - 5.467 Phương trình đường cất y = 0.220x + 0.427 - Thí nghiệm 2: Vị trí mâm số 4, R = 0.705, 2.5 mâm lý thuyết, xD = 0.632 Phương trình đường nhập liệu Phương trình đường cất y = 23.553 - 3.722 y = 0.413x + 0.371 - Thí nghiệm 3: Vị trí... liệu q: 7.11 Phương trình đường nhập liệu: 7.12 Phương trình đường cất: 7.13 Tính tính toán xW: Bằng công thức trên thu được với giá trị x W < 0 Để khảo sát được trọn vẹn các quá trình tiếp theo, ta tiến hành đo nhiệt độ tương ứng của tW rồi tìm nồng độ phần mol xW theo giản đồ T - xy 7.14 Hiệu suất mâm tổng quát: 8 TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1] Võ Văn Bang – Vũ Bá Minh, Quá trình và Thiết bị công nghệ hóa... thao tác; mực chất lỏng nồi đun không vượt qua vạch đỏ; máy tản nhiệt cho bộ phận ngưng tụ luôn hoạt động trong quá trình chưng cất 6.2 6.3 Các nguyên nhân dẫn đến sai số và cách khắc phục: - Trong quá trình thí nghiệm thường gặp sai sót  Các van không mở hết nên lưu lượng không ổn định  Quá trình xả đỉnh lấy sản phẩm để đo lưu lượng, thao tác lúng túng, bấm thời gian không chuẩn, quan sát mực chất... phí nhiệt và chiếm tỉ lớn trong tổng chi phí của quá trình Thực tế, ta phải tính toán dòng hoàn lưu sao cho thích hợp để tổng chi phí tạo sản phẩm mong muốn là thấp nhất c Ảnh hưởng của vị trí mâm nhập liệu đến độ tinh khiết của sản phẩm và hiệu suất mâm: - Trong quá trình chưng cất, sẽ có sự thay đổi nồng độ khi qua mỗi mâm Tuy nhiên, sự thay đổi này không giống nhau ở mọi mâm mà phụ thuộc vào khả năng... dựa vào kết quả thí nghiệm thì mâm số 5 cho nồng độ của sản phẩm đỉnh cao hơn so với mâm thứ 2, mâm số 5 xD = 0.614 còn mâm thứ 2 xD = 0.597, do có những sai số trong quá trình làm thí nghiệm dẫn đến sai lệch kết quả Ví dụ như thao tác vị trí nhập liệu thực tế không giống với vị trí tính trên lý thuyết thì khả năng trao đổi của các mâm sẽ giảm nên không chắc chắn đạt được độ tinh khiết cao hơn - Qua thí. .. đỉnh Dựa vào phương trình cân bằng vật chất độ tinh khiết của sản phẩm đáy cũng tăng b Ảnh hưởng của dòng hoàn lưu trên hiệu suất: - Qua thí nghiệm, ta cũng thấy được khi tăng lưu lượng dòng hoàn lưu, hiệu suất quá trình cũng tăng Hiệu suất tăng tức là hệ thống làm việc càng gần với lý thuyết - Khi tăng dòng hoàn lưu, hiệu suất mâm tăng, số mâm thực giảm do đó giảm chi phí chế tạo thiết bị Tuy nhiên,... 34.215 32.083 36.678 Bảng 6: Phương trình đường làm việc và đường nhập liệu TN 1 2 3 4 Phương trình đường nhập liệu y = 34.215x - 5.467 y = 23.553 - 3.722 y = 34.215x - 5.467 y = 32.083x - 5.125 Phương trình đường cất y = 0.220x + 0.427 y = 0.413x + 0.371 y = 0.610x + 0.303 y = 0.453x + 0.326 40 40 40 5 y = 36.678x - 5.857 y = 0.380x + 0.381 Bảng 7: Kết quả thí nghiệm TN Vị trí mâm 1 2 3 4 5 4 4 4