Bài 8 CHƯNG CẤT (Thí nghiệm quá trình thiết bị)

Mc Lc I MC CH TH NGHIM II C S Lí THUYT 2.1 Hiu sut 2.2 Mi quan h gia hiu sut mõm Murphree v hiu sut mõm tng quỏt III THIT B V PHNG PHP TH NGHIM 3.1 Thit b thớ nghim 3.2 Trỡnh t thớ nghim 3.3 Phng phỏp o v dng c o 3.3.1 Phng phỏp o 3.3.2 Dng c o IV PHC TRèNH 4.1 S liu thụ 4.2 X lớ s liu 5.4 Bn lun 15 V PH LC 17 Bng s liu o c 17 VI TI LIU THAM KHO 17 Bi 8: CHNG CT I MC CH TH NGHIM Kho sỏt nh hng ca lu lng hon lu v v trớ mõm nhp liu, trng thỏi nhit ng ca nhp liu trờn hiu sut ca ct chng ct v tinh khit ca sn phm Cn c tờn s mõm thc, c oỏn tinh khit ca sn phm nh II C S Lí THUYT Mụ hỡnh mõm lý thuyt l mụ hỡnh toỏn n gin nht da trờn cỏc c s sau : a Cõn bng gia hai pha lng hi cho hn hp hai cu t b iu kin ng lc hc lu cht lý tng trờn mõm lý tng cho hai pha lng hi l : - Pha lng phi hũa trn hon ton trờn mõm - Pha hi khụng lụi cun cỏc git lng t mõm di lờn mõm trờn v ng thi cú nng ng nht ti mi v trớ trờn tit din - Trờn mi mõm luụn t s cõn bng gia hai pha 2.1 Hiu sut chuyn t s mõm lý thuyt sang s mõm thc ta cn phi bit hiu sut mõm Cú ba loi hiu sut mõm c dựng l : Hiu sut tng quỏt, liờn quan n ton thỏp ; Hiu sut mõm Murphree, liờn quan n mt mõm ; Hiu sut cc b, liờn quan n mt v trớ c th trờn mt mõm Hiu sut tng quỏt Eo : l hiu sut n gin s dng nhng kộm chớnh xỏc nht, c nh ngha l t s gia s mõm lý tng v s mõm thc cho ton thỏp Eo = = Hiu sut mõm Murphree : l t s gia s bin i nng pha hi qua mt mõm vi s bin i nng cc i cú th t c pha hi ri mõm cõn bng vi pha lng ri mõm th n EM = Trong ú : yn : nng thc ca pha hi ri mõm th n yn+1 : nng thc ca pha hi vo mõm th n yn* : nng pha hi cõn bng vi pha lng ri ng chy chuyn mõm th n Núi chung, pha lng ri mõm cú nng khụng bng vi nng trung bỡnh ca pha lng trờn mõm nờn dn n khỏi nim hiu cc b Hiu sut cc b c nh ngha nh sau : EM = Trong ú : y'n : nng pha hi ri v trớ c th trờn mõm n y'n+1 : nng pha hi mõm n ti cựng v trớ y'en : nng pha hi cõn bng vi pha lng ti cựng v trớ 2.2 Mi quan h gia hiu sut mõm Murphree v hiu sut mõm tng quỏt Hiu sut tng quỏt ca thỏp khụng bng vi hiu sut trung bỡnh ca tng mõm Mi quan h gia hai hiu sut ny tựy thuc trờn dc tng i ca ng cõn bng v ng lm vic Khi mG/L >1 hiu sut tng quỏt cú giỏ tr ln hn v mG/L < hiu sut tng quỏt cú giỏ tr nh hn Nh vy , vi quỏ trỡnh ú cú c hai vựng nh trờn ( chng ct ) thỡ hiu sut tng quỏt Eo cú th gn bng hiu sut mõm EM Tuy nhiờn phõn tớch hot ng ca mt thỏp hay mt phn ca thỏp thc t, ú o c s bin thiờn nng qua mt hoc mt vi mõm s xỏc nh c giỏ tr ỳng ca EM hn l gi s EM = Eo III THIT B V PHNG PHP TH NGHIM 3.1 Thit b thớ nghim - H thng ct chng ct mõm xuyờn l - Mt h thng o nhit - Mt phự k - Mt thỡ k - Hai ng khc vch 250mL S H THNG CHNG CT Mõm xuyờn l B phn ngng t Nc i vo h thng ngng t Van gim ỏp Bỡnh cha sn phm nh Thựng cha nguyờn liu ng ong khc vch Bm hon lu Bm nhp liu 10 Bm sn phm ỏy 11 in tr ni un 12 Ni un 13 Lu lng k o dũng nhp liu 14 Lu lng k o dũng hi lu 15 in tr un núng dũng nhp liu 16 in tr un núng dũng hon lu 17 Ca nhp liu ni un 3.2 Trỡnh t thớ nghim Khi ng Cho nhp liu t 20 - 60 lớt vo bỡnh cha qua np Cl a nhp liu vo khong 1/3 ni un, ta m van V7 v bt bm nhp liu a in vo h thng , sau ú bt nỳt ni un ( boiler ) v ch ni un sụi s ng bm nhp liu ( nỳt feed pump ) Quan sỏt nhit ni qua nhit k gn mt trc ni Quan sỏt mc cht lng ni thụng qua ng o mc bờn trỏi ni un sut thi gian lm thớ nghim Nu mc cht lng gim di mc 1/3 phi cp thờm nhp liu, nu ni un quỏ y phi thỏo bt cht lng ni Trong h thng ang un núng m van chy trn ca sn phm nh, van V2, thụng hi vi bỡnh cha, cỏc van sau s úng - Van V3 x sn phm nh - Van hon lu V1 dn sn phm nh li ct M van WI cho nc hoc dũng lm lnh húa lng tt c cỏc hi qua b phn ngng t Ni u ng dn nhp liu vo mt mõm nhp liu thớch hp trờn ct iu chnh lu lng nhp liu bng van V6 ( úng van V7 ) tr s thớch hp trờn lu lng k Sn phm nh thu c s cho hon lu v nh ct qua lu lng k iu chnh lu lng dũng hon lu bng van V4 un núng dũng nhp liu v dũng hon lu 10 rỳt sn phm nh thay vỡ cho chy v bỡnh cha nhp liu, úng van V2, hng sn phm nh di van V3 m van ny 11 Khi phi thay i v trớ mõm, thỏo u ng dn nhp liu mõm c v gn vo mõm mi Trong thỏo khụng cn iu chnh lu lng k 12 Theo dừi thng xuyờn mc cht lng ni Nu vỡ mt lý no mc cht lng ni xung di in tr, dũng in t ng ngt, nhit ni gim bt cho in tr hot ng tr li Ngng mỏy Tt in tr ni un Tt in tr nung núng nhp liu v hon lu v tt cỏc bm Thỏo sn phm nh m van R2, van R1 úng Khi khụng cũn hi ngng t m van R3 rỳt mt phn sn phm nh cũn li ( hng vo ly thy tinh ), van R3 m h thng ngng hi ngui úng van WI khụng cũn sn phm nh Ngt in vo h thng chng ct 3.3 Phng phỏp o v dng c o 3.3.1 Phng phỏp o bi thớ nghim ny ta s dng phng phỏp o trc tip i vi cỏc i lng : lu lng dũng nhp liu, lu lng dũng hi lu, lu lng dũng sn phm nh, ru ca dũng nhp liu v dũng sn phm nh,nhit dũng nhp liu v dũng hi lu T cỏc i lng o trc tip ta tin hnh o giỏn tip cỏc i lng nh : t s hi lu thc, nng sn phm nh, sn phm ỏy v dũng nhp liu, entapi ca dũng nhp liu,tỡm phng trỡnh ng nhp liu v phng trỡnh ng ct, t ú suy c s mõm lớ thuyt v hiu sut tng quỏt ca tng thớ nghim 3.3.2 Dng c o - Lu lng k - Nhit k - Phự k IV PHC TRèNH 4.1 S liu thụ - Nhit vo: t = 25.5oC - Nhit nh : tD= 36.1oC Bng 1: S liu thụ TN V trớ mõm 1 2 Lu lng dũng (mL/ph) F Lo D (ml/ph) (ml/ph) (ml/ph) 74.50 200 100 200 150 33.04 200 100 63.92 200 150 4.10 ch phự k Nhit o xD xF tF tLo 76 92 70 88 29 29 29 29 70.1 72.3 72.3 71.4 78.5 78.6 80.1 79.7 4.2 X lớ s liu Bng2: Bng giỏ tr lng riờng ca nc v ethanol c ni suy t nhit ca dũng nhp liu v dũng hon lu nc, kg/m3 969.022 Cpr, Cpn, tLo J/kg.K J/kg.K 3110.80 4195.33 78.5 ethanol, kg/m3 nc, kg/m3 70.1 ethanol, kg/m3 736,705 727.331 963.099 72.3 734.270 967.482 3139.29 4197.18 78.6 727.218 963.028 72.3 734.270 967.482 3139.29 4197.18 80.1 725.521 961.957 71.4 735.268 968.113 3127.63 4196.41 79.7 725.974 962.243 TN tF X lý s liu mõm 1: F=200 ml/ph Nng phn mol: Trong ú : dr : ru, Mr : lng phõn t ca ru, Mn : lng phõn t ca nc, r : lng riờng ca ru, n : lng riờng ca nc, Mr = 46 kg/kmol Mn = 18 kg/kmol Nng lng: Khi lng riờng ca dũng nhp liu: Khi lng ca dũng nhp liu: Nng dũng nhp liu: Tớnh tng t vi dũng sn phm nh v hon lu, ta cú bng giỏ tr sau: Bng 3: Kt qu tớnh toỏn Lu lng dũng (mol/s) V trớ mõm F Lo D 0.1480 0.0440 0.1478 Nhit o Nng xD xF tF tLo 0.0328 0.4834 0.1104 0.7051 0.2408 70.1 78.5 0.0486 0.0107 0.7726 0.1102 0.8967 0.2405 72.3 78.6 0.1478 0.0481 0.0307 0.4078 0.1102 0.6377 0.2405 72.3 80.1 0.1479 0.0530 0.0014 0.6840 0.1103 0.8469 0.2406 71.4 79.7 TN F D=Lo MF MD=MLo 936.419 832.625 21.0914 31.5356 934.754 770.093 21.0866 39.6336 934.754 849.113 21.0866 29.4185 935.436 787.032 21.0886 37.1532 T s hon lu: Lu lng dũng sn phm ỏy: W=F-D , mol/s Nng sn phm ỏy: F.xF =D.xD + W.xW => xW=( F.xF - D.xD )/W Nhit dung riờng cu dũng nhp liu: HF=CF.tF T gin T-xy, ta cú bng nhit lng sụi v lng hi ca dũng nhp liu, t ú ni suy giỏ tr nhit n: TN xF tLF tGF rr kJ/kg rn kJ/kg Cpr, J/kg.K Cpn, J/kg.K 0.0859 87.071 97.910 853.269 2293.669 3330.57 4212.29 0.0857 87.082 97.915 853.268 2293.667 3330.71 4212.31 0.0857 87.082 97.915 853.268 2293.667 3330.71 4212.31 0.0858 87.077 97.912 853.269 2293.668 3330.65 4212.30 Nhit n ca dũng nhp liu: HLF=CF.tLF HGF=HLF + rF q=(HGF HF)/(HGF HLF) Tớnh toỏn tng t cho cỏc dũng khỏc v cỏc thớ nghim kahcs, ta cú bng s liu sau: TN rF CF HF HLF HGF 1946.824 3934.2 275786 339752 341698 1947.285 3942.8 285063 340496 342444 1947.285 3942.8 285063 340496 342444 1947.096 3939.3 281263 340191 342138 TN xF xD xw tLF R HF q 0.1104 0.4834 0.0043 87.071 1.34 279374 33.86 1.0304 0.1102 0.6826 0.0656 87.082 4.54 288669 29.47 1.0351 0.1102 0.4078 0.0320 87.082 1.56 288669 29.47 1.0351 0.1103 0.6434 0.0860 87.077 36.59 284862 31.26 1.0330 Phng trỡnh ng nhp liu cú dng: y x q x F q q TN V trớ mõm 1 1.0304 0.00336 y=1.0304x 0.00336 1.0351 0.00387 y=1.0351x 0.00387 1.0351 0.00387 y=1.0351x 0.00387 1.0330 0.00364 y=1.0330x 0.00364 Phng trỡnh ng nhp liu Phng trỡnh ng ct cú dng: y x R x D R R TN V trớ mõm 1 0.5731 0.2064 y=0.5731x + 0.2064 0.8195 0.1232 y=0.8195x + 0.1232 0.6101 0.1590 y=0.6101x + 0.1590 0.9734 0.0145 y=0.9734x + 0.0145 Phng trỡnh ng ct 10 T cỏc nng o c, phng trỡnh on chng, phng tỡnh on ct v theo s liu cõn bng pha lng hi h ethanol-nc ta xõy dng c cỏc th sau: Gin cn bng pha x-y y=%phõn mol ethanol pha hi 120 100 80 60 ng lm vic ng cõn bng 40 20 0 20 40 60 80 100 x=%phõn mol ethanol pha lng 11 120 Gin nhit thnh phn T-x-y 120 T= nhit dung dch (oC) 100 80 60 T theo x T theo y 40 20 0 20 40 60 80 100 120 x,y =%phõn mol ethanol Hiu sut tng quỏt Eo Da vo cỏc gin ó v, ta cú bng sau: TN V trớ mõm S bc thang S mõm lý tng S mõm thc Eo 1 0.4 0.4 2 0.2 0.4 12 Thớ nghim 1: mõm Gin cn bng pha x-y y=%phõn mol ethanol pha hi 120 100 80 60 ng lm vic D ng cõn bng 40 20 F W 20 40 60 80 100 120 x=%phõn mol ethanol pha lng Thớ nghim 2: mõm Gin cn bng pha x-y y=%phõn mol ethanol pha hi 120 100 80 D 60 ng lm vic ng cõn bng 40 20 F W 20 40 60 80 100 x=%phõn mol ethanol pha lng 13 120 Thớ nghim 3: mõm Gin cn bng pha x-y y=%phõn mol ethanol pha hi 120 100 80 60 ng lm vic ng cõn bng 40 D 20 F W 20 40 60 80 100 120 x=%phõn mol ethanol pha lng Thớ nghim 4: mõm Gin cn bng pha x-y y=%phõn mol ethanol pha hi 120 100 80 D 60 ng lm vic ng cõn bng 40 20 W 0 F 20 40 60 80 100 x=%phõn mol ethanol pha lng 14 120 4.3 Bn lun a Cỏc nguyờn nhõn gõy sai s + Nguyờn nhõn: - Sai s thao tỏc khụng chớnh xỏc, cỏc thụng s khụng c c ng thi, tin hnh o s liu thỏp hot ng cha n nh - Sai s dng c o khụng chớnh xỏc (lu lng k khụng tht s n nh mc cn o) - Sai s lng sn phm ca nhng ln chng ct trc cũn ni ung m khụng c hi lu v li bỡnh cha nguyờn liu lm nh hng n nng ca nguyờn liu kho sỏt b.nh hng ca lu lng dũng hon lu v v trớ mõm nhp liu n tinh khit ca sn phm +Lu lng ca dũng hon lu: - Da vo kt qu thớ nghim tớnh toỏn c, ta thy lu lng dũng hon lu tng lờn (100; 150) thỡ tinh khit ca sn phm thu c cng tng lờn mt cỏch ỏng k, tc l lu lng cng ln thỡ sn phm thu c cng tinh khit - Hiu sut mõm tng quỏt Eo gim mnh ta tng lu lng dũng hon lu t c 100 sang c 150 - E0 thay i khụng ging theo s thay i ca xD ó cho thy s nh hng rt ln ca sai s n kt qu thớ nghim Theo lý thuyt, xD tng thỡ hiu sut Eo phi cng tng theo ó bit trc s mõm thc l c nh (nh bi thớ nghim) 15 Do ú, lu lng dũng hon lu rừ rng cú nh hng n E0 nhng quỏ trỡnh thớ nghim cha hn ch c sai s nờn kt qu thớ nghim thu c khụng cho phộp ta kt lun mt cỏch chớnh xỏc v nh hng ca lu lng dũng hon lu n hiu sut tng quỏt E0 +V trớ mõm nhp liu: - Cng da vo kt qu thớ nghim ta nhp liu thay i t mõm s sang mõm ta thy: - tinh khit ca sn phm nh gim iu ny cho thy v trớ nhp liu cng cao thỡ cng khụng cú li v tinh khit ca sn phm nh - i vi hiu sut mõm tng quỏt Eo thỡ E0 cng gim thay i v trớ nhp liu t thp n cao V trớ nhp liu cng thp thỡ cng cú li v hiu sut cng nh tinh khit ca sn phm c Hin tng v quỏ trỡnh din thỏp thỏp hot ng n nh: - Khi thỏp hot ng n nh thỡ ti mi a din quỏ trỡnh truyn nhit v truyn t pha lng sang v ngc li Do ú ti mi a s cú s tip xỳc gia pha lng (do dũng hon lu) v pha khớ (bc hi lờn t ni un) ta thy pha lng b li cun khỏ mnh to nhiu bt ti a - Nu tc dũng khớ quỏ ln thỡ s to mt ct lng trờn a m khụng thoỏt xung a di c, ú thỏp xy hin tng ngp lt (xy tc dũng khớ t n hoc vt quỏ tc sc) Hi bay lờn s c a qua thit b ngng t bng nc ngng t v thu sn phm nh 16 V PH LC Bng s liu o c Bng s liu cõn bng pha lng hi h ethanol-nc: x (% phõn mol) y (% phõn mol) t (oC) 0 100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 33.2 44.2 53.1 57.6 61.4 65.4 69.9 75.3 81.8 89.8 90.5 86.5 83.2 81.7 80.8 80 79.4 79 100 100 78.6 78.4 78.4 VI TI LIU THAM KHO [1] Vừ Vn Di v cỏc tỏc gi C s Qỳa trỡnh v thit b Cụng ngh Húa Hc [2] Taứi lieọu thớ nghieọm QT & TB [3] Cỏc tỏc gi s tay quỏ trỡnh v thit b 1,2 HQG H Ni 17 ... J/kg.K 0. 085 9 87 .071 97.910 85 3.269 2293.669 3330.57 4212.29 0. 085 7 87 . 082 97.915 85 3.2 68 2293.667 3330.71 4212.31 0. 085 7 87 . 082 97.915 85 3.2 68 2293.667 3330.71 4212.31 0. 085 8 87 .077 97.912 85 3.269... 87 .071 1.34 279374 33 .86 1.0304 0.1102 0. 682 6 0.0656 87 . 082 4.54 288 669 29.47 1.0351 0.1102 0.40 78 0.0320 87 . 082 1.56 288 669 29.47 1.0351 0.1103 0.6434 0. 086 0 87 .077 36.59 284 862 31.26 1.0330 Phng... phõn mol) t (oC) 0 100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 33.2 44.2 53.1 57.6 61.4 65.4 69.9 75.3 81 .8 89 .8 90.5 86 .5 83 .2 81 .7 80 .8 80 79.4 79 100 100 78. 6 78. 4 78. 4 VI TI LIU THAM KHO [1] Vừ Vn Di v cỏc