CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC I. MỞ ĐẦU Chưng luyện là quá trình tách hỗn hợp lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa trên cơ sở độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp. Quá trình chưng luyện được tiến hành trong các thiết bị loại tháp đĩa và tháp đệm. Khi làm việc, hơi đi từ dưới lên tiếp xúc với chất lỏng chảy từ trên xuống và hơi sẽ ngưng tụ lại cấu tử khó bay hơi, nhiệt tỏa ra do quá trình ngưng tụ này sẽ làm bay hơi một lượng cấu tử dễ bay hơi. Vì vậy, khi lặp lại nhiều lần bốc hơi và ngưng tụ như thế, trong hơi sẽ giàu cấu tử dễ bay hơi, còn trong lỏng sẽ giàu cấu tử khó bay hơi. Nói một cách khác, với chiều cao tháp thích hợp ( số đĩa tương ứng), cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được sản phẩm có nồng độ cấu tử dễ bay hơi cao và ở đáy tháp ta thu được sản phẩm giàu cấu tử khó bay hơi. Nồng độ các cấu tử thay đổi theo chiều cao của tháp và do đó nhiệt độ sôi cũng thảy đổi theo chiều cao của tháp tương ứng với sự thay đổi nồng độ. Hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp chóp với những đặc tính kỹ thuật như sau: Đường kính tháp D = 120 mm Số đĩa của tháp đoạn luyện N1 = 7 Số đĩa của tháp đoạn chưng N2 = 5 Mỗi đĩa có một chóp, một ống chảy chuyền nằm trong tháp. II. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM 1. Tim hiểu cấu tạo và nguyên lý làm việc tháp chưng luyện liên tục loại tháp chóp 2. Tìm hiểu vận hành và chế độ làm việc của tháp. 3. Tính cân bằng vật liệu trong tháp 4. Xác định số bậc thay đổi nồng độ (số đĩa lý thuyết) và hiệu suất của tháp III. QÚA TRÌNH THÍ NGHIỆM 1. Vẽ sơ đồ tháp chưng luyện
Trang 1BÁO CÁO THÍ NGHIỆM CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC
Chưng luyện là quá trình tách hỗn hợp lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa trên cơ sở độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp
Quá trình chưng luyện được tiến hành trong các thiết bị loại tháp đĩa
và tháp đệm Khi làm việc, hơi đi từ dưới lên tiếp xúc với chất lỏng chảy
từ trên xuống và hơi sẽ ngưng tụ lại cấu tử khó bay hơi, nhiệt tỏa ra do quá trình ngưng tụ này sẽ làm bay hơi một lượng cấu tử dễ bay hơi Vì vậy, khi lặp lại nhiều lần bốc hơi và ngưng tụ như thế, trong hơi sẽ giàu cấu tử dễ bay hơi, còn trong lỏng sẽ giàu cấu tử khó bay hơi Nói một cách khác, với chiều cao tháp thích hợp ( số đĩa tương ứng), cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được sản phẩm có nồng độ cấu tử dễ bay hơi cao và
ở đáy tháp ta thu được sản phẩm giàu cấu tử khó bay hơi Nồng độ các cấu tử thay đổi theo chiều cao của tháp và do đó nhiệt độ sôi cũng thảy đổi theo chiều cao của tháp tương ứng với sự thay đổi nồng độ
Hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp chóp với những đặc tính kỹ thuật như sau:
Đường kính tháp D = 120 mm
Số đĩa của tháp đoạn luyện N1 = 7
Số đĩa của tháp đoạn chưng N2 = 5
Mỗi đĩa có một chóp, một ống chảy chuyền nằm trong tháp
II. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
1. Tim hiểu cấu tạo và nguyên lý làm việc tháp chưng luyện liên tục loại tháp chóp
2. Tìm hiểu vận hành và chế độ làm việc của tháp
3. Tính cân bằng vật liệu trong tháp
4. Xác định số bậc thay đổi nồng độ (số đĩa lý thuyết) và hiệu suất của tháp
Trang 21. Vẽ sơ đồ tháp chưng luyện
1.Phần chưng; 2 Bộ phận gia nhiệt cho nguyên liệu; 3 Phần luyện; 4.Thùng cao vị; 5 Ngưng tụ hơi và hồi lưu; 6.Ngưng tụ tiếp và thu sản phẩm
2. Mô tả quá trình thí nghiệm
Ban đầu, nguyên liệu được đưa vào thùng gia nhiệt nhờ bơm Sau khi được gia nhiệt đến khoảng 60-70°C thì nguyên liệu được đưa vào đĩa tiếp liệu, dòng nguyên liệu từ đĩa tiếp liệu theo ống chảy tràn chảy xuống dưới Đồng thời thì phần tháp chưng cũng được gia nhiệt làm nóng
Giai đoạn đầu phần luyện hầu như chưa có gì, chỉ khi nguyên liệu ở phần chưng bay hơi đủ mạnh thì hơi bay lên phần luyện và ngưng tụ ,
Sản phẩm đỉnh
Sản phẩm đáy Nguyên liệu
3
Trang 3Hơi từ đỉnh tháp được ngưng tụ bởi 5, một phần hồi lưu lại để tăng hiệu suất cất, phần còn lại ngưng tụ tiếp và cho vào bình thu Sau khoảng ba mươi phút thì lấy sản phẩm ra, đo nồng độ cồn bằng chiết quang kế, thực hiện 3 lần Ghi kết quả
3. Số liệu thí nghiệm
Bảng số liệu thí nghiệm
phẩm đỉnh,
%V
Nồng độ sản phẩm đáy,
%V
Nồng độ hỗn hợp đầu, %V
Lưu lượng sản phẩm đỉnh, l/phút
Chỉ số hồi lưu, R
Trun
g
bình
IV. TÍNH TOÁN
1. Quy đổi nồng độ
Bảng quy đổi nồng độ thể tích – nồng độ khối lượng của ethanol
Quy đổi nồng độ phần khối lượng – nồng độ phần mol
Trang 4B F A
F
A F F
M a M
a
M a x
/ ) 1 ( /
/
− +
=
B P A
P
A P P
M a M
a
M a x
/ ) 1 ( /
/
− +
=
B W
A W
A W W
M a
M a
M a x
/ ) 1
( /
/
− +
=
2. Tính toán cân bằng vật liệu của tháp:
F.xf = W.xw +P.xp
F = W +P Trong đó:
F: Lượng hỗn hợp đầu cho vào tháp: Kmol/s W: Lượng sản phẩm đáy, Kmol/s
P: Lượng sản phẩm đỉnh, Kmol/s
xf , xw , xp : Nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu, đáy và đỉnh tháp
3. Xác định số bậc thay đổi nồng độ
- Vẽ đường cong cân bằng theo số liệu cân bằng lỏng – hơi (tra trong sổ tra cứu)
- Vẽ đường nồng độ làm việc của đoạn luyện và đoạn chưng (chú ý đổi nồng độ từ phần khối lượng hay phần thể tích ra phần mol)
Ta có phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện
= 0,016
=0,5472
= 0,008
Trang 5Y =
Trong đó
L = lượng hỗn hợp đầu tính theo một đơn vị sản phẩm đỉnh Kmol/Kmol
- Xác định số đĩa lý thuyết NLT
- Hiệu suất tháp:
η = =
4. Nhận xét kết quả thí nghiệm