BÁO CÁO THỰC HÀNH QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ: CHƯNG CẤT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ HĨA HỌC BÁO CÁO THỰC HÀNH Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CƠNG NGHỆ HĨA HỌC BÀI 10: CHƯNG CẤT Họ tên: Nguyễn Hùng Cường MSSV: 14072991 Lớp: DHHO10C Nhóm: Tổ: GVHD: Võ Thanh Hưởng Ngày thực hành: 18/8/2017 Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 21, tháng 8, năm 2017 MỤC LỤC Tóm tắt Chưng cất phương pháp quan trọng việc tách hỗn hợp khí lỏng, lỏng – lỏng thành cấu tử riêng biệt cơng nghệ hóa chất thực phẩm ngày Với tiêu chí ban đầu thực hành: khảo sát ảnh hưởng số hồi lưu, vị trí mâm nhập liệu trạng thái nhập liệu đến thông số nồng độ sản phẩm đỉnh, số mâm lý thuyết Sau buổi thực hành, nhóm chúng tơi thu số kết quan trọng để kiểm chứng cho lý thuyết tiền đề để thiết kế thiết bị chưng cất sau đạt hiệu Kết luận thứ nhất, tăng số hồn lưu số mâm lý thuyết giảm Kết luận thứ hai, tăng số hồi lưu đồng nghĩa với nồng độ sản phẩm đỉnh tăng theo Tôi hi vọng kết giúp ích nhiều cho bạn sinh viên nghiên cứu tìm giải pháp tối ưu cho đề tài, đồ án có liên quan đến q trình chưng cất Giới thiệu Chưng cất trình dùng để tiến hành phân tách hỗn hợp lỏng – lỏng, lỏng – khí, khí – khí thành cấu tử riêng biệt dựa vào khác độ bay cấu tử hỗn hợp Số lượng sản phẩm chưng cất phụ thuộc vào số cấu tử hỗn hợp Đối với trường hợp cấu tử ta có: sản phẩm đỉnh gồm cấu tử có độ bay lớn phần cấu tử có độ bay thấp, sản phẩm đáy gồm cấu tử có độ bay thấp phần cấu tử có độ bay lớn Trong trình chưng cất, pha từ lên, pha lỏng chảy từ xuống Nồng độ cấu tử thay đổi theo chiều cao tháp, nhiệt độ làm việc thay đổi tương ứng với thay đổi nồng độ Trên đĩa xảy trình truyền khối pha lỏng hơi, phần pha lỏng ( phần lớn cấu tử dễ bay ) bốc di chuyển từ pha lỏng vào pha hơi; phần pha ( phần lớn cấu tử khó bay ) ngưng tụ di chuyển từ pha vào pha lỏng, qua trình lập lại với nhiều lần bốc ngưng tụ nên đỉnh tháp ta thu phần lớn cấu tử dễ bay đáy tháp ta thu phần lớn cấu tử khó bay [1] Mục đích thí nghiệm Khảo sát đánh giá ảnh hưởng thông số: số hồi lưu, nhiệt độ ( trạng thái) vị trí mâm nhập liệu đến số mâm lý thuyết, nồng độ lưu lượng sản phẩm đỉnh Thực nghiệm 4.1 Các thông số thiết bị: • Thiết bị chưng cất ( gồm cụm chính) - Cụm nhập liệu: bơm, bình chứa nhập liệu, thiết bị gia nhiệt nhập liệu, nhiệt kế, van, - Cụm đỉnh tháp: thiết bị ngưng tụ, thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh, bình chứa sản phẩm đỉnh, - Cụm đáy tháp: nồi đun, điên trở gia nhiệt, thiết bị làm lạnh sản phẩm đáy, van, - Cụm tháp chưng cất: mâm xuyên lỗ, cách nhiệt, van cầu, nhiệt kế, Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý tháp chưng cất [2] - Hình 4.2: hộp điều khiển tháp Công tắc điện trở gia nhiệt Công tắc bơm Công tắc nồi đun Công tắc điện chung Cơng tắc Bộ phận điều chỉnh dòng hồi lưu Bảng hiển thị nhiệt độ, áp suất 4.2 Nội dung thí nghiệm: - Buổi 1: Xác định số hồi lưu tối thiểu, khảo sát mâm nhập liệu cuối - Buổi 2: Khảo sát vị trí mâm lại 4.3 Các bước thực thí nghiệm (buổi 1): • Xác định số hồi lưu tối thiểu Rmin: - 9h: Vẽ đồ thị cân pha hệ etanol – nước, tính tốn pha nồng độ cồn thích hợp cho q trình thí nghiệm - 9h30: Xin hóa chất pha dung dịch cồn Nồng độ cồn đo , nồng độ sản phẩm đỉnh 0,117 Thể tích pha 20 lít - 9h35: Khởi động máy tính, đặt bình nhập liệu, bình thu sản phẩm đỉnh đáy vào vị trí - 9h40: Mở van nước giải nhiệt, van nhập liệu vị trí thấp nhất, van thu sản phẩm đáy, cài đặt chế độ làm việc “ Auto” lưu lượng nước giải nhiệt - 9h42: Điều chỉnh lưu lượng bơm với hiệu suất 100%, số vòng quay tối đa, mở cơng tắc bơm đưa nhập liệu vào nồi đun, cài đặt chế độ làm việc Auto độ giảm áp tháp 20 mbar, chỉnh nhiệt độ nhập liệu 90 độ C - 9h45: Chuyển cơng tắc chia dòng hoàn lưu sang Reflux, mở điện gia nhiệt nồi đun - 9h53: Dung dịch nồi bắt đầu sôi - 9h55: Ngưng tụ sản phẩm đỉnh - 10h10: chuyển sang chế độ Draw off, đo nồng độ sản phẩm đỉnh - 10h15: đo nồng độ sản phẩm đỉnh lần = 0,756 - 10h20: đo nồng độ sản phẩm đỉnh lần = 0,550  loại - 10h38: Xác định số hồi lưu tối thiểu lần 1: = 0,825 • Khảo sát vị trí mâm cuối: - 10h45: Cài đặt chế độ làm việc Auto giá trị nhiệt độ sôi nhập liệu điều khiển thiết bị gia nhiệt nhập liệu - 10h53: Nhập số hồi lưu thứ vào thiết bị = 1,4 = 1,155 - 11h: đo nồng độ, lưu lượng, nhiệt độ sản phẩm đỉnh, đáy - 11h10: Nhập số hồi lưu thứ = 1,7 = 1,403 - 11h15: đo nồng độ, lưu lượng, nhiệt độ sản phẩm đỉnh, đáy - 11h20: Nhập số hồi lưu thứ = = 1,650 - 11h25: đo nồng độ, lưu lượng, nhiệt độ sản phẩm đỉnh, đáy Kết bàn luận 5.1 Xác định số hồi lưu tối thiểu: Bảng 5-1: Nồng độ, nhiệt độ sản phẩm đỉnh thu (%V) 91 ( độ C) 32,5 Bảng 5-2: Số liệu đo xác định số hồi lưu STT R 1.155 1.403 1.650 - (%V) 29 30 30 93 94 95 W (ml) 300 300 300 (s) 140 120 160 tính tốn nhập liệu + nồng độ nhập liệu: = 30%V + Đổi từ %V phần mol: + Cơng thức tính độ rượu: D (độ rượu) =.100% = =6(L) Ta có = = =0.138 (mol/mol hh) (%V) 93 94 95 (độ C) 35 36 36.5 D (ml) 100 100 100 (s) 263 220 169 = = 0.182(L) Khi đó, = = =0,762 (mol/mol hh) Từ bảng tra -> F = 0.48 (mol) Ta có = = =0,825 Với b =1.4 =>R =1.155 Với b = 1.7 =>R=1.403 Với b = => R=1.650 5.2 Khảo sát mâm nhập liệu cuối: 5.2.1 Với R1 = 1,155 ta có: Bảng 5-3: Số liệu đo khảo sát số hồi lưu R = 1,155 (độ C) 35 Tw (độ C) 60 thông số sản phẩm đỉnh ứng với R =1.155 VD VD (L) (%V) (g/) (g/) 93 0.1 0.796 0.994 thông số sản phẩm đáy ứng với R =1.155 VW VW (L) ρE (%V) (g/) (g/) 29 0.3 0.93 0.983 xD (%) 80,6 13,1 Hình 5.1: Biểu diễn số mâm lý thuyết theo R1 Kết luận: Trường hợp cần 18 mâm lý thuyết 5.2.2 Với R2 = 1,403 ta có: Bảng 5-4: Số liệu đo khảo sát số hồi lưu R = 1,403 thông số sản phẩm đỉnh ứng với R =1.403 tD (0C) VD (%V) VD (L) (g/) (g/) xD (%) 36 0.94 0.1 0.793 0.94 83.024 thông số sản phẩm đỉnh ứng với R =1.403 Tw (0C) VW (%V) VW (L) ρE (g/) (g/) xW (%) 56 0.3 0.3 0.93 0.983 3.532 Hình 5.2: Biểu diễn số mâm lý thuyết theo R2 10 Kết luận: Trường hợp cần mâm lý thuyết 11 thông số sản phẩm đỉnh ứng với R =1.650 tD (0C) VD (%V) VD (L) (g/) (g/) 36.5 0.94 0.1 0.79 0.994 thông số sản phẩm đáy ứng với R =1.650 Tw (0C) VW (%V) VW (L) (g/) (g/) 55 0.3 0.3 ới R3 = 1,650 ta có: 0.931 0.9855 xD (%) 85.52598 xW (%) 3.527072 Bảng 5-5: Số liệu đo khảo sát số hồi lưu R = 1,650 Hình 5.3: Biểu diễn số mâm lý thuyết theo R3 Kết luận: Trường hợp cần mâm lý thuyết 5.2.4 Sự biến đổi sản phẩm đỉnh theo số hồi lưu: Bảng 5-5: Mối liên hệ sản phẩm đỉnh số hồi lưu 5.2.3 V 5.2.5 Nhận xét: Sau tiến hành thực nghiệm xong ta rút nhận xét sau: - Nồng độ sản phẩm đỉnh không đổi theo thời gian Thiết bị chưng cất liên tục có phận gia nhiệt nồi đun riêng giúp tiết kiệm - nhiệt lượng so với chưng cất gián đoạn Chỉ số hoàn lưu tăng dẫn đến mâm lý thuyết giảm nồng độ sản phẩm đỉnh tăng Sở dĩ nồng độ sản phẩm đỉnh tăng lượng hồn lưu trở lại tháp tiếp xúc với lượng từ lên Do tiếp xúc pha pha lỏng nên lượng etanol có pha lơi lượng etanol dòng hồn lưu, đồng thời lượng nước pha đọng lại dòng hồn lưu Khi tới đỉnh tháp, dòng bị ngưng tụ nồng độ sản phẩm đỉnh tăng lên Quá trình tiếp tục, sản phẩm đỉnh hoàn lưu lại, tương ứng có nồng độ cấu tử etanol cao dòng hồn lưu ban đầu Và q trình lơi kéo cấu tử pha lỏng lại xảy ra, dẫn đến nồng độ sản phẩm đỉnh cao Kết luận Từ kết thực nghiệm ta thấy rằng, tăng số hoàn lưu số mâm lý thuyết giảm, đồng nghĩa lưu lượng sản phẩm đỉnh giảm Và nồng độ sản phẩm đỉnh tăng 7 Tài liệu tham khảo [1] K c n h học, “bài chưng cất,” Hồ Chí Minh, khoa cơng nghệ hóa học trường đại học cơng nghiệp HCM, 2017, p 94 [2] “wikipedia,” [Trực tuyến] Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Continuous_distillation [Đã truy cập 29 August 2017] [3] Tài liệu hướng dẫn thực hành trình thiết bị cơng nghệ hóa học, Hồ Chí Minh: Khoa cơng nghệ hóa học trường đại học cơng nghiệp HCM, 2017 Phụ lục Kết thô khảo sát vị trí nhập liệu mâm cuối Bảng 8-1: Kết ghi nhận thô R 1,155 1,403 1,650 29 30 30 93 94 95 ( 60 56 55 35 36 36,5 W(ml) 300 300 300 (s) 140 120 160 D(ml) 100 100 100 263 220 169 ... trình chưng cất Giới thiệu Chưng cất trình dùng để tiến hành phân tách hỗn hợp lỏng – lỏng, lỏng – khí, khí – khí thành cấu tử riêng biệt dựa vào khác độ bay cấu tử hỗn hợp Số lượng sản phẩm chưng. .. thiết bị làm lạnh sản phẩm đáy, van, - Cụm tháp chưng cất: mâm xuyên lỗ, cách nhiệt, van cầu, nhiệt kế, Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý tháp chưng cất [2] - Hình 4.2: hộp điều khiển tháp Công tắc... độ sản phẩm đỉnh không đổi theo thời gian Thiết bị chưng cất liên tục có phận gia nhiệt nồi đun riêng giúp tiết kiệm - nhiệt lượng so với chưng cất gián đoạn Chỉ số hoàn lưu tăng dẫn đến mâm lý