Chưng cất gián đoạn Thực tập quá trình thiết bị

Vẽ đường 45 độ Vẽ đường cân bằng lỏng hơi bằng cách hồi quy ra phương trình bậc 6 từ các điểm cân bằng lỏng hơi. Và tra bảng Khối lượng riêng của rượu etylic nguyên chất ở 20oC, ta có:

MỤC LỤC

Trang

MỤC LỤC .i

DANH SÁCH BẢNG ii

DANH SÁCH HÌNH iii

CHƯƠNG 1: SỐ LIỆU VÀ TÍNH TOÁN 1

1.1 Số liệu thí nghiệm 1

1.2 Tính toán 1

1.2.1 Tính lượng sản phẩm đỉnh và đáy thu được 1

1.2.2 Vẽ đồ thị chưng cất của R = 3/2 và R=2/3 3

CHƯƠNG 2: NHẬN XÉT 9

Phạm Hồng Chương Trang ii

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1-1 Kết quả thí nghiệm chưng cất 1

Bảng 1-2 Thông số ở thiết bị ngưng tụ 1

Bảng 1-3 Chuyển đổi độ rượu về nhiệt độ 20oC 1

Bảng 1-4 Suất lượng mol và phân mol của nhập liệu, đỉnh và đáy 2

Bảng 1-5 Nhiệt lượng 3

Bảng 1-6 Tỉ số hoàn lưu tổng 3

Bảng 1-7 Phương trình đường cất 4

Bảng 1-8 Các điểm cân bằng lỏng-hơi 4

Bảng 1-9 Mâm lý thuyết và hiệu suất mâm tổng quát ứng với 2 lần chưng cất 4

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1-1 Biều đồ mâm chưng cất của thí nghiệm R = 1.5 5

Hình 1-2 Biểu đồ mâm chưng cất của thí nghiệm R = 1.5 6

Hình 1-3 Biểu đồ mâm chưng cất của thí nghiệm R = 0.666666667 7

Hình 1-4 Biểu đồ mâm chưng cất của thí nghiệm R = 0.666666667 8

Phạm Hồng Chương Trang 1

CHƯƠNG 1: SỐ LIỆU VÀ TÍNH TOÁN 1.1 Số liệu thí nghiệm

Thời gian thí nghiệm khoảng 2.5h/ 1 thí nghiệm

Bảng 1-1 Kết quả thí nghiệm chưng cất

R=3/2 Nhiệt độ (oC) 30 Nhiệt độ (oC) 30 Nhiệt độ (oC) 32

R=2/3 Nhiệt độ (oC) 28 Nhiệt độ (oC) 29 Nhiệt độ (oC) 29.5

Bảng 1-2 Thông số ở thiết bị ngưng tụ

1.2 Tính toán

Chuyển đổi độ rượu về nhiệt độ 20oC

Tra bảng Correction Table for an Alcoholometer Calibrated at 20 o C (Draft 1 by

Geoff Redman)

Bảng 1-3 Chuyển đổi độ rượu về nhiệt độ 20 o C

Nhiệt độ Độ rượu Nhiệt độ Độ rượu

1.2.1 Tính lượng sản phẩm đỉnh và đáy thu được

Từ bảng Khối lượng riêng của nước phụ thuộc vào nhiệt đô, ta dựng được phương

trình:

y = -0.0059x2 + 0.0339x + 999.95 Với nhiệt độ t=20oC, ta có:

Số liệu và tính toán

𝜌𝑁 = 998.27𝑘𝑔

𝑚3 = 0.99827 𝑔/𝑚𝐿

Và tra bảng Khối lượng riêng của rượu etylic nguyên chất ở 20oC, ta có:

𝜌𝑅 = 789𝑘𝑔

𝑚3 = 0.789 𝑔/𝑚𝐿

Tính các giá trị x F , x W , x D dựa vào công thức chuyển đổi độ rượu (a) ra phần mol (x):

R N

1 x

1

N R





=

 − 

Trong đó:

a: độ rượu

x: phần mol

N

ρ , ρR : khối lượng riêng của nước và rượu

MN, MR: khối lượng phân tử của nước và rượu

Khối lượng phân tử trung bình nhập liệu

MTB = Mrượu  xF + Mnước  (1- xF)

Khối lượng của hỗn hợp nhập liệu

m =m +m =  a  +  − a 

Tính F, W, D dựa vào phương trình cân bằng vật chất:

nl TB

m

F

M

=

F: lượng nhập liệu ban đầu (Kmol)

D: lượng sản phẩm đỉnh (Kmol)

W: lượng sản phẩm đáy thu được (Kmol)

Bảng 1-4 Suất lượng mol và phân mol của nhập liệu, đỉnh và đáy

Suất lượng mol

R=0.6667 Nhập liệu (F) Sp đáy (W) Sp đỉnh (D)

Suất lượng mol

Số liệu và tính tốn

Tính cân bằng năng lượng và tỉ số hồn lưu cục bộ

3

3

Q = t (độ) × F C m × C Jun × time (h) (Jun)



Thời gian ngưng tụ 1h => time = 1

QR: Nhiệt cung cấp cho nồi đun = 440 (𝐽𝑢𝑛

𝑠 ) * 2.5 * 3600 = 3960000 (Jun) F: lượng nước qua thiết bị ngưng tụ

C: nhiệt dung riêng của nước

(đẳng tích = (1.1024+0.0002498*tTB) * 1000 3Jun

m độ



t: chênh lệch nhiệt độ của nước khi vào và ra khỏi thiết bị ngưng tụ

rR, rN: ẩn nhiệt hố hơi của rượu etylic và nước ở 83OC

rR = 39551352 Jun/Kmol

rN = 41439600 Jun/Kmol

Qi = QR – QC

Bảng 1-5 Nhiệt lượng

R = 1.5 R = 2/3

Q i (jun) 3959907 3959938

(1i )

i

Q R

=

Bảng 1-6 Tỉ số hồn lưu tổng

1.2.2 Vẽ đồ thị chưng cất của R = 3/2 và R=2/3

Phương trình đường cất:

1

,0 1

T

D

D D D

T

R

D y x x

x

C

R

=

Số liệu và tính toán

Bảng 1-7 Phương trình đường cất

y = 0.973505419x + 0.023421266 y = 0.983124585x + 0.015245816

Vẽ đường 45 độ

Vẽ đường cân bằng lỏng hơi bằng cách hồi quy ra phương trình bậc 6 từ các điểm cân bằng lỏng hơi:

Bảng 1-8 Các điểm cân bằng lỏng-hơi

y 0.332 0.442 0.531 0.576 0.614 0.654 0.699 0.753 0.818 0.898 1

y = -50.019*x6 + 168.99*x5 - 223.04*x4 + 145.72*x3 - 48.849*x2 + 8.1967*x Hiệu suất mâm tổng quát:

E = 𝑆ố 𝑚â𝑚 𝑙ý 𝑡ℎ𝑢𝑦ế𝑡

𝑆ố 𝑚â𝑚 𝑡ℎự𝑐 𝑡ế x 100

Với số mâm thực tế của cột là 7

Bảng 1-9 Mâm lý thuyết và hiệu suất mâm tổng quát ứng với 2 lần chưng cất

Số liệu và tính toán

Hình 1-1 Biều đồ mâm chưng cất của thí nghiệm R = 1.5

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

x

Số liệu và tính toán

0.77

0.79

0.81

0.83

0.85

0.87

0.89

Số liệu và tính toán

Hình 1-3 Biểu đồ mâm chưng cất của thí nghiệm R = 0.666666667

-0.03

0.07

0.17

0.27

0.37

0.47

0.57

0.67

0.77

x

Số liệu và tính toán

0.77

0.79

0.81

0.83

0.85

0.87

0.89

0.91

x

Phạm Hồng Chương Trang 9

CHƯƠNG 2: NHẬN XÉT

✓ Hiệu suất mâm tổng quát lên đến hơn 500% so với lý thuyết là bình thường vì số mâm lý thuyết có thể khác xa so với số mâm thực tế Vì nồng độ sản phẩm đỉnh phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác ngoài mâm (mâm lý thuyết) như độ lôi cuốn chất lỏng, nhiệt độ thất thoát theo chiều dài tháp

✓ Việc nồng độ sản phẩm đỉnh ở lần chưng cất sau, với tỉ số hoàn lưu nhỏ hơn, lớn hơn lần chưng cất đầu vì:

1 Nơi xảy ra sự hoàn lưu không tốt, những giọt lỏng rơi xuống không bị hoàn lưu liền mà nằm ở vũng sâu hơn miệng ống hoàn lưu tới khi đủ nhiều mới hoàn lưu Khi lấy sản phẩm đỉnh thì vũng đó sẽ chạy xuống sản phẩm đỉnh Nên việc điều chỉnh R không ảnh hưởng lớn

2 Việc chưng cất với R nhỏ sau R lớn mà không rửa tháp thì trên mâm còn chứa rất nhiều pha lỏng của lần trước, pha lỏng đó chứa nồng độ ethanol cao dần theo tháp (gần như rất cao) Nên đó là bàn đạp thúc đẩy việc tăng nồng độ sản phẩm đỉnh

✓ Khi chất lỏng để lại một lớp trong dòng chảy của nó xuống, nó phải ở trạng thái cân bằng với hơi bốc lên từ cùng một đĩa thì hơi không thể đi lên bằng đường chảy chuyển Hiện tượng ngập lụt chấm dứt

✓ Độ dài của cột (số lượng các giai đoạn) sẽ rất lớn khi nồng độ sản phẩm mong muốn tiếp cận azeotrope (95,6% khi chưng với điều kiện thường)